Lessons from an estivating frog: sparing muscle protein despite starvation and disuse

Long (6- to 9-mo) bouts of estivation in green-striped burrowing frogs lead to 28% atrophy of cruralis oxidative fibers (P < 0.05) and some impairment of in vitro gastrocnemius endurance (P < 0.05) but no significant deficit in maximal twitch force production. These data suggest the preferential atrophy of oxidative fibers at a rate slower than, but comparable to, laboratory disuse models. We tested the hypothesis that the frog limits atrophy by modulating oxidative stress. We assayed various proteins at the transcript level and verified these results for antioxidant enzymes at the biochemical level. Transcript data for NADH ubiquinone oxidoreductase subunit 1 (71% downregulated, P < 0.05) and ATP synthase (67% downregulated, P < 0.05) are consistent with mitochondrial quiescence and reduced oxidant production. Meanwhile, uncoupling protein type 2 transcription (P < 0.31), which is thought to reduce mitochondrial leakage of reactive oxygen species, was maintained. Total antioxidant defense of water-soluble (22.3 +/- 1.7 and 23.8 +/- 1.5 mu M/mu g total protein in control and estivator, respectively, P = 0.53) and membrane-bound proteins (31.5 +/- 1.9 and 42.1 +/- 7.3 mu M/mu g total protein in control and estivator, respectively, P = 0.18) was maintained, equivalent to a bolstering of defense relative to oxygen insult. This probably decelerates muscle atrophy by preventing accumulation of oxidative damage in static protein reserves. Transcripts of the mitochondrially encoded antioxidant superoxide dismutase type 2 ( 67% downregulated, P < 0.05) paralleled mitochondrial activity, whereas nuclear-encoded catalase and glutathione peroxidase were maintained at control values (P = 0.42 and P = 0.231), suggesting a dissonance between mitochondrial and nuclear antioxidant expression. Pyruvate dehydrogenase kinase 4 transcription was fourfold lower in estivators (P = 0.11), implying that, in contrast to mammalian hibernators, this enzyme does not drive the combustion of lipids that helps spare hypometabolic muscle.

Biomarkers

Introduction – Why do we need ‘biomarkers? Biomarkers of protein oxidation Introduction Major issues/questions Protein carbonyl biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations in use Protein thiol biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Aliphatic amino acid biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Oxidised Tryptophan Biomarkers Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Oxidised tyrosine biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Formation of neoepitopes on oxidised proteins Validation of assays for protein oxidation biomarkers Relationship of protein oxidation to disease Modulation of protein oxidation biomarkers by antioxidants Future perspectives Introduction to lipid peroxidation biomarkers Introduction: biochemistry of lipid peroxidation Malondialdehyde Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Conjugated dienes Method of measurement Storage, stability and limitations of use LDL lag phase Method of measurement Storage, stability and limitations of use Hydrocarbon gases Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Lipofuscin Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitation on use Lipid peroxides Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Isoprostanes Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Possible new biomarkers of lipid oxidation Relationship of lipid peroxidation to disease Modulation of lipid peroxidation biomarkers by antioxidants Functional consequences of lipid peroxidation Contribution of dietary intake to lipid peroxidation products Biomarkers of DNA oxidation Introduction Confounding factors Units and terminology Nuclear and mitochondrial DNA damage Lymphocytes as surrogate tissues Measurement of DNA damage with the comet assay Practical details Storage, stability, and limitations of the assay Measurement of DNA base oxidation by HPLC Practical details Storage, stability and limitations of the method Measurement of DNA base oxidation by GC–MS Biochemistry of 8-oxoguanine, adenine and fapy derivatives Methods of measurement Storage, stability and limitations of the method Analysis of guanine oxidation products in urine Method of measurement Limitations and criticisms Immunochemical methods Methods of measurement Storage, stability, and limitations of the assay 32P post-labelling Method of measurement Limitations and criticisms Validation of assays for DNA oxidation Oxo-dGuo in lymphocyte DNA Urinary measurements DNA–aldehyde adducts Biochemistry Method of measurement Products of reactive nitrogen species Endpoints arising from oxidative DNA damage Mutations Chromosome aberrations Micronuclei Site-specific DNA damage Relationship of DNA oxidation to disease Modulation of DNA oxidation biomarkers by antioxidants Direct and indirect effects of oxidative stress: measures of total oxidant/antioxidant levels Visualisation of cellular oxidants Biochemistry: histochemical detection of ROS Method of measurement Limitations, storage and stability Measurement of hydrogen peroxide Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Measurement of the ratio of antioxidant/oxidised antioxidant Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Total antioxidant capacity Biochemistry Terminology Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Validation of assays for direct oxidant and antioxidant biomarkers Relationship of oxidant/antioxidant measurement to disease Modulation of oxidant/antioxidant biomarkers by dietary antioxidants Induction of genes in response to oxidative stress Background Measurement of antioxidant responsive genes and proteins Effects of antioxidant intake on the activity of antioxidant enzymes

An ideal ocular nutritional supplement?

The role of nutritional supplementation in prevention of onset or progression of ocular disease is of interest to health care professionals and patients. The aim of this review is to identify those antioxidants most appropriate for inclusion in an ideal ocular nutritional supplement, suitable for those with a family history of glaucoma, cataract, or age-related macular disease, or lifestyle factors predisposing onset of these conditions, such as smoking, poor nutritional status, or high levels of sunlight exposure. It would also be suitable for those with early stages of age-related ocular disease. Literature searches were carried out on Web of Science and PubMed for articles relating to the use of nutrients in ocular disease. Those highlighted for possible inclusion were vitamins A, B, C and E, carotenoids beta-carotene, lutein, and zeaxanthin, minerals selenium and zinc, and the herb, Ginkgo biloba. Conflicting evidence is presented for vitamins A and E in prevention of ocular disease; these vitamins have roles in the production of rhodopsin and prevention of lipid peroxidation respectively. B vitamins have been linked with a reduced risk of cataract and studies have provided evidence supporting a protective role of vitamin C in cataract prevention. Beta-carotene is active in the prevention of free radical formation, but has been linked with an increased risk of lung cancer in smokers. Improvements in visual function in patients with age-related macular disease have been noted with lutein and zeaxanthin supplementation. Selenium has been linked with a reduced risk of cataract and activates the antioxidant enzyme glutathione peroxidase, protecting cell membranes from oxidative damage while zinc, although an essential component of antioxidant enzymes, has been highlighted for risk of adverse effects. As well as reducing platelet aggregation and increasing vasodilation, Gingko biloba has been linked with improvements in pre-existing field damage in some patients with normal tension glaucoma. We advocate that vitamins C and E, and lutein/zeaxanthin should be included in our theoretically ideal ocular nutritional supplement.

Physiological effects of oxidized phospholipids and their cellular signaling mechanisms in inflammation

Oxidized phospholipids, such as the products of the oxidation of 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine by nonenzymatic radical attack, are known to be formed in a number of inflammatory diseases. Interest in the bioactivity and signaling functions of these compounds has increased enormously, with many studies using cultured immortalized and primary cells, tissues, and animals to understand their roles in disease pathology. Initially, oxidized phospholipids were viewed largely as culprits, in line with observations that they have proinflammatory effects, enhancing inflammatory cytokine production, cell adhesion and migration, proliferation, apoptosis, and necrosis, especially in vascular endothelial cells, macrophages, and smooth muscle cells. However, evidence has emerged that these compounds also have protective effects in some situations and cell types; a notable example is their ability to interfere with signaling by certain Toll-like receptors (TLRs) induced by microbial products that normally leads to inflammation. They also have protective effects via the stimulation of small GTPases and induce up-regulation of antioxidant enzymes and cytoskeletal rearrangements that improve endothelial barrier function. Oxidized phospholipids interact with several cellular receptors, including scavenger receptors, platelet-activating factor receptors, peroxisome proliferator-activated receptors, and TLRs. The various and sometimes contradictory effects that have been observed for oxidized phospholipids depend on their concentration, their specific structure, and the cell type investigated. Nevertheless, the underlying molecular mechanisms by which oxidized phospholipids exert their effects in various pathologies are similar. Although our understanding of the actions and mechanisms of these mediators has advanced substantially, many questions do remain about their precise interactions with components of cell signaling pathways.

Alterações hepáticas na expressão gênica e atividade da catalase e superóxido dimutase em ratos diabéticos induzidos por estreptozootocina

The correlation between the type 1 diabetes mellitus and oxidative stress have been described in several studies, however its underlying mechanisms are not fully elucidated. The present work aimed to evaluate the effects of four weeks of streptozootocin-induced (STZ) diabetes in the redox homeostasis of rat hepatocytes. Thus, the liver of male Wistar rats from control and diabetic groups were collected and the activity and expression of antioxidant enzymes, as well the main markers of oxidative stress and content of H2O2 in these tissues were measured. The diabetes induced the activity of superoxide dismutase (SOD) and the gene expression of its mitochondrial isoform, SOD2. However, the expression of SOD1, the cytoplasmic isoform, was reduced by this disease. The activity and expression of catalase (CAT), as well the expression of glutathione peroxidase 1 (GPX1) and peroxiredoxin 4 (PRX4) were drastically reduced in the hepatocytes of diabetics rats. Even with this debility in the peroxidases mRNA expression, the content of H2O2 was reduced in the liver of diabetics rats when compared to the control group. The diabetes caused an increase of lipid peroxidation and a decrease of protein thiol content, showing that this disease causes distinct oxidative effects in different cell biomolecules. Our results indicate that four week of diabetes induced by STZ is already enough to compromise the enzymatic antioxidant systems of the hepatocytes.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Seasonal variation of acetylcholinesterase, catalase, glutathione s transferase in different size of Pinctada radiata and metal pollution (Pb, Cd, Ni) in Persian Gulf

There are various tools for monitoring the concentration of pollutants on aquatic ecosystems. Today these studies are based on biological monitoring and biomarkers. The aim of this study was to measure the concentration of the acetylcholinesterase (AChE), glutathione S-transferase and catalase as biomarkers of heavy metal contamination in pearl oyster Pinctada radiata and their mechanism in aquatic ecosystems. Heavy metals lead, cadmium and nickel were measured in soft tissue and studied stations in four seasons. Samples were collected seasonally in Lavan stations, Hendurabi and Nakhilo (in the northern Persian Gulf) from spring 2013 to winter of that year by scuba diving. Pearl oysters are divided according to their shells size; shells separated from soft tissues and were transferred to the laboratory for analysis of heavy metals and enzymes. Moopam standard method for were used for measuring the concentration of heavy metals and for analyzing tissue concentrations of glutathione S-transferase in Clam the method recommended by Habig et al in 1974 were used. For measuring acetylcholinesterase Ellman method were used. Catalase contamination in pearl oyster in the supernatant obtained from the study based on the method homogeate soft tissue of mussels (Abei, 1974) was evaluated. The results showed that the concentration of lead has significant difference in sediments station, the concentration of lead in Lavan is significantly higher than the other two stations, This could be due to the movement of tanker, boats and floating refueling and with a considerable amount of wastewater containing oil and Petroleum into the water, and also due to precipitation and industrial discharges the lead in the region is increasing, land-disposed sewage sludge, has large concentrations of lead. Compare the results of this study with standards related and other similar studies at the regional and international level showed that pollutant concentration of heavy metals in all cases significantly less than all the standards and guide values associated. And also compared to other world research results have been far less than others, Being Less of the conclusion given in this research according that nickel is one of the indicators of oil pollution in the study area and emissions have been relatively low of oil. The concentration of acetylcholinesterase at several stations, in large and small sizes and in the seasons had no significant difference. Variations of catalase, and glutathione S-transferase were almost similar to each other and parameters, station and seasons were significantly different in the concentrations of these enzymes. The effects and interaction between various parameters indicate that following parameters has impact on the concentration of catalase and glutathione S-transferase. Stations; Seasonal changes in antioxidant enzymes related to (assuming a constant in salinity and oxygen) to age, reproductive cycle, availability of food and water temperature. With increasing temperature at warm season, antioxidant enzymes were increase, with increasing temperature and abundance of food in the environment the amount of antioxidant enzymes may increase. The presence of the enzyme concentration may indicate that the higher levels of the enzyme to eliminate ROS activities to be any healthier situation. At the time of gonads maturation and spawning season catalase activity increases. This study also indicates that catalase was significantly higher in the warm season. Due to low pollutants of heavy metals in the study area, a lower level of contaminants were observed in shellfish tissue incidents of international standards and strong correlation between the amount of heavy metal contamination in pearl oyster tissue and enzymes was not observed. Therefore, we can say that the pearl oyster remains in a healthy condition and the amount of enzyme is normal.

Resposta de Chromobacterium Violaceum cultivada em alta concentração de ferro

The Chromobacterium violaceum is a β-proteobacterium Gram-negative widely found in tropical and subtropical regions, whose genome was sequenced in 2003 showing great metabolic versatility and biotechnological and pharmaceutical potential. Given the large number of ORFs related to iron metabolism described in the genome of C. violaceum, the importance of this metal for various biological processes and due to lack of data about the consequences of excess of iron in free-living organisms, it is important to study the response mechanism of this bacterium in a culture filled with iron. Previous work showed that C. violaceum is resistant to high concentrations of this metal, but has not yet been described the mechanism which is used to this survival. Thus, to elucidate the response of C. violaceum cultured in high concentrations of iron and expecting to obtain candidate genes for use in bioremediation processes, this study used a shotgun proteomics approach and systems biology to assess the response of C. violaceum grown in the presence and absence of 9 mM of iron. The analysis identified 531 proteins, being 71 exclusively expressed by the bacteria grown in the presence of the metal and 100 just in the control condition. The increase in expression of proteins related to the TCA cycle possibly represents a metabolic reprogramming of the bacteria caused by high concentration of iron in the medium. Moreover, we observed an increase in the activity assay of superoxide dismutase and catalase as well as in Total Antioxidant Activity assay, suggesting that the metal is inducing oxidative stress in C. violaceum that increases the levels of violacein and antioxidant enzymes to better adapt to the emerging conditions. Are also part of the adaptive response changes in expression of proteins related to transport, including iron, as well as an increased expression of proteins related to chemotaxis response, which would lead the bacteria to change the direction of its movement away from the metal. Systems Biology results, also suggest a metabolic reprogramming with mechanisms coordinated by bottleneck proteins involved in transcription (GreA), energy metabolism (Rpe and TpiA) and methylation (AhcY)

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Antioxidants attenuate hyperglycaemia-mediated brain endothelial cell dysfunction and blood–brain barrier hyperpermeability

Aims: Hyperglycaemia (HG), in stroke patients, is associated with worse neurological outcome by compromising endothelial cell function and the blood–brain barrier (BBB) integrity. We have studied the contribution of HG-mediated generation of oxidative stress to these pathologies and examined whether antioxidants as well as normalization of glucose levels following hyperglycaemic insult reverse these phenomena. Methods: Human brain microvascular endothelial cell (HBMEC) and human astrocyte co-cultures were used to simulate the human BBB. The integrity of the BBB was measured by transendothelial electrical resistance using STX electrodes and an EVOM resistance meter, while enzyme activities were measured by specific spectrophotometric assays. Results: After 5 days of hyperglycaemic insult, there was a significant increase in BBB permeability that was reversed by glucose normalization. Co-treatment of cells with HG and a number of antioxidants including vitamin C, free radical scavengers and antioxidant enzymes including catalase and superoxide dismutase mimetics attenuated the detrimental effects of HG. Inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) and protein kinase C but not phosphoinositide 3 kinase (PI3 kinase) also reversed HG-induced BBB hyperpermeability. In HBMEC, HG enhanced pro-oxidant (NAD(P)H oxidase) enzyme activity and expression that were normalized by reverting to normoglycaemia. Conclusions: HG impairs brain microvascular endothelial function through involvements of oxidative stress and several signal transduction pathways.

Circulating leukocyte heat shock protein 70 (HSP70) and oxidative stress markers in rats after a bout of exhaustive exercise

A novel method to measure oxidative stress resulting from exhaustive exercise in rats is presented. In this new procedure we evaluated the erythrocyte antioxidant enzymes, catalase ( CAT) and glutathione reductase (GR), the plasma oxidative attack markers, reactive carbonyl derivatives (RCD) and thiobarbituric reactive substances (TBARS). Muscular tissue damage was evaluated by monitoring plasma creatine kinase (CK) and plasma taurine ( Tau) concentrations. Also, we monitored total sulphydryl groups (TSG) and uric acid (UA), and the level of the 70 kDa heat shock protein (HSP70) in leukocytes as a marker of oxidative stress. In the study we found a correspondence between erythrocyte CAT and GR activities and leukocyte HSP70 levels, principally 3 h after the acute exercise, and this suggested an integrated mechanism of antioxidant defense. The increase in levels of plasma Tau was coincident with the increasing plasma levels of CK and TBARS, principally after two hours of exercise. Thus tissue damage occurred before the expression of any anti-oxidant system markers and the monitoring of Tau, CK or TBARS may be important for the estimation of oxidative stress during exhaustive exercise. Furthermore, the integrated analyses could be of value in a clinical setting to quantify the extent of oxidative stress risk and reduce the need to perform muscle biopsies as a tool of clinical evaluation.

Dose-dependent protection of reseveratrol against spinal cord ischemic-reperfusion injury in rats

Purpose: To examine the protective effects of resveratrol (RESV) against spinal cord ischemic reperfusion (SCIR) injury. Methods: Forty-eight male rats were divided into six groups: sham-operated (control-I), SCIR-treated (SCIR-II), rats receiving 20 mg/kg of RESV with SCIR (RESV 20+SCIR-III), rats receiving 40 mg/kg of RESV with SCIR (RESV 40+SCIR-IV), rats receiving 60 mg/kg of RESV with SCIR (RESV 60+SCIR-V), and rats receiving 50 mg/kg of methylprednisolone (MP) with SCIR (MP + SCIR-VI), for 7 days prior to IR (pre-treatment) and 7 days after IR (post-treatment). Results: The levels of oxidative markers (TBARS, MPO) and inflammatory markers (IL-1β, IL-6, TNF-α, and NF-p65) were concomitantly suppressed in RESV-treated rats, which showed improved locomotor function. A pronounced increase in the activities of antioxidant enzymes (SOD, CAT and GSH) was noted in the RESV group compared with the MP and SCIR groups. RESV and MP supplementation increased neuronal count with decreased nuclear degeneration. RESV (40 mg) exhibited greater protective effect than 20 mg and 60 mg of RESV and 50 mg of MP. Conclusion: The results show the neurotherapeutic potential of RESV (40 mg) to attenuate oxidative stress and the inflammatory response to SCIR injury.