Cardiovascular and sensory abnormalities in a rat model of insulin resistance : beneficial effect of an antioxidant and an angiotensin-1 converting enzyme inhibitor

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

The effects of administration of a nuclear factor kappa-B inhibitor on pulmonary endothelial dysfunction after cardiopulmonary bypass: impact on oxygenation and hemodynamics and development of therapeutic and preventive modalities in a porcine model

Introduction: La circulation extracorporelle (CEC) peut entraîner une dysfonction endothéliale pulmonaire et l’hypertension pulmonaire. Le SN50 agit au niveau de la signalisation cellulaire pour prévenir ces réactions à la CEC et pourrait renverser la dysfonction endothéliale pulmonaire post-CEC sans effets néfastes sur l’hémodynamie. Méthodes: Quatre groups de porcs ont reçu un parmi quatre traîtements avant de subir 90 minutes de CEC et 60 minutes de reperfusion: (1) milrinone nébulisé; (2) sildenafil nébulisé; (3) placebo nébulisé; et (4) SN-50 intraveineux. Un monitoring hémodynamique invasif a été utilisé. La réactivité vasculaire des artères pulmonaires de deuxième ordre a été évaluée face à l’acétylcholine et la bradykinine. Résultats: Le sildénafil produit une augmentation significative de la pression de l’artère pulmonaire (PAP) moyenne à 60 minutes de reperfusion par rapport au début de la chirurgie. Les relaxations dépendantes de l’endothélium face à la bradykinine étaient meilleurs dans les groupes milrinone et SN-50 et surtout dans le groupe sildénafil par rapport au groupe placébo. Le SN-50 produisait de moins bonnes relaxations dépendantes de l’endothélium face à l’acétylcholine que les autres traitements incluant placébo. Conclusion: Le sildénafil prévient mieux la dysfonction endothéliale pulmonaire que les autres traitements. Les bénéfices du SN-50 sont possiblement sous-estimés vu que la dose n’a pas pu être ajustée à la durée de CEC. Le sildenafil inhalé mérite une étude plus importante chez l’humain et le SN-50 dans un model de CEC animal.

Hypertension et régulation de l'expression moléculaire de l'angiotensinogène par la ribonucléoprotéine hétérogène nucléaire K

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita.

Overexpression of catalase prevents gentamicin – induced apoptosis of renal proximal tubular cells in transgenic mice.

Introduction : La néphrotoxicité est une complication majeure de la gentamicine, qui est largement utilisée dans le traitement des infections bactériennes, en particulier celles provoquées par des bactéries à Gram-négatif. La gentamicine induit l'apoptose tubulaire, mais les mécanismes moléculaires impliqués demeurent mal compris. Dans l’étude présente, nous avons examiné le rôle des espèces réactives de l'oxygène (ROS) , des proteins Bax, Bmf et Caspase-12 (Csp-12) dans le mécanisme d’action de la gentamicine sur l'apoptose des tubules proximaux rénaux (RPT) et les dommages rénaux induits par ce médicament chez la souris. Méthode: Des souris adultes (âgées 18-19 semaines) mâles non-Tg et des souris transgéniques (CAT-Tg) qui surexpriment la catalase spécifiquement dans leurs cellules des RPT ont été traitées par injections intra-péritonéales de gentamicine (20 mg/kg/jour) pour 5 jours consécutifs, puis euthanasiés. Les reins ont été examinés et analysés par histologie, immunohistochimie pour presansance de la stress oxidative, expression des proteins Bax, Bmf et Csp-12 et essai TUNEL pour étudier de l’apoptose . Nous avons aussi examiné l'effet de la gentamicine sur génération des ROS et l’apoptose dans les cellules RPTC immortalisées de rat (IRPTC) in vitro. Résultats: In vivo, chez les souris non-Tg, la gentamicine induit une tubulopathie et l'apoptose des RPT , stimule la production de ROS et induit une augmentation de Bax et Bmf détectée par immunohistochimie et augmont activité du caspase-12. Ces changements sont atténués chez les souris Cat-Tg. In vitro, la gentamicine induit l’apoptos des cellulles. Le co-traitement avec la catalase normalise ces effets dans les IRPTC. Conclusion : Ces données démontrent que l'apoptose des RPTC induite par la gentamicine s’effectue, au moins en partie, par l'intermédiaire de la génération des ROS.

Étude de l’impact de la pression pulsée sur la réactivité cérébrovasculaire

In vivo, la pression artérielle au niveau des artères cérébrales est pulsée, alors que ex vivo, l’étude de la fonction cérébrovasculaire est majoritairement mesurée en pression statique. L’impact de la pression pulsée sur la régulation du tonus myogénique et sur la fonction endothéliale cérébrale est inconnu. Nous avons posé l’hypothèse selon laquelle en présence d'une pression pulsée physiologique, la dilatation dépendante de l’endothélium induite par le flux et le tonus myogénique seraient optimisés. L’objectif de notre étude est d’étudier ex vivo l’impact de la pression pulsée sur le tonus myogénique et la dilatation induite par le flux dans les artères cérébrales de souris. Nous avons utilisé un artériographe pressurisé couplé à un système générant une onde pulsée de fréquence et d’amplitude réglables. Les artères cérébrales moyennes (≈160 μm de diamètre) ont été isolées de souris C57BL6 âgées de 3 mois et pressurisées à 60 mm Hg, en pression statique ou en pression pulsée. En pression statique, le tonus myogénique est faible mais est potentialisé par le L-NNA (un inhibiteur de la eNOS) et la PEG-catalase (qui dégrade le H2O2), suggérant une influence des produits dilatateurs dérivés de la eNOS sur le tonus myogénique. En présence de pression pulsée (pulse de 30 mm Hg, pression moyenne de 60 mm Hg, 550 bpm), le tonus myogénique est significativement augmenté, indépendamment du L-NNA et de la PEG-catalase, suggérant que la pression pulsée lève l’impact de la eNOS. En pression statique ou pulsée, les artères pré-contractées se dilatent de façon similaire jusqu’à une force de cisaillement de 15 dyn/cm2. Cette dilatation, dépendante de l’endothélium et de la eNOS, est augmentée en condition pulsée à une force de cisaillement de 20 dyn/cm2. En présence de PEG-catalase, la dilatation induite par le flux est diminuée en pression statique mais pas en pression pulsée, suggérant que la pression statique, mais pas la pression pulsée, favorise la production de O2 -/H2O2. En effet, la dilatation induite par le flux est associée à une production de O2 -/H2O2 par la eNOS, mesurable en pression statique, alors que la dilatation induite par le flux en pression pulsée est associée à la production de NO. Les différences de sensibilité à la dilatation induite par le flux ont été abolies après inhibition de Nox2, en condition statique ou pulsée. La pression pulsée physiologique régule donc l’activité de la eNOS cérébrale, en augmentant le tonus myogénique et, en présence de flux, permet la relâche de NO via la eNOS.

Isolation, purification and characterization of Protease Inhibitor from Moringa oleifera Lam.

Protease inhibitors are one of the most important tools of nature for regulating the proteolytic activity of their target proteases. They are synthesized in biological systems and they play a critical role in controlling a number of diverse physiological functions. The current investigation focused on the isolation, purification and characterization of a novel protease inhibitor from Moringa oleifera. The results obtained during the course of study opens new perspectives for the utilization of protease inhibitor from Moringa oleifera for various pharmaceutical, agricultural and food industries. The biological and physicochemical properties exhibited by the novel protease inhibitor from Moringa oleifera clearly testify its suitability for the development as a drug for application in pharmaceutical industries such as anticoagulant agent or biocontrol agent in agriculture and even as a food preservant. There is a scope for further research on the structure elucidation and protein engineering towards a wide range of further applications. Detailed structure/function analysis of these proteins is important to facilitate their use in genetic engineering for various applications.

Studies on physicochemical and biological properties of protease inhibitor from edible mushroom Pleurotus floridanus

Protease inhibitors are found abundantly in numerous plants, animals and microorganisms, owing their significance to their application in the study of enzyme structures, reaction mechanisms and also their utilization in pharmacology and agriculture. They are (synthetic/natural) substances that act directly on proteases to lower the catalytic rate. Although most of these inhibitory proteins are directed against serine proteases, some target cysteine, aspartyl or metalloproteases (Bode and Huber, 1992). Protease inhibitors are essential for regulating the activity of their corresponding proteases and play key regulatory roles in many biological processes. Applications of protease inhibitors are intimately connected to the proteases they inhibit; an overview of proteases with the modes of regulation of their proteolytic activity is discussed

Isolation, purification, characterization and application of proteinaceous protease inhibitor from marine bacterium Pseudomonas mendocina BTMW 301

The microorganisms are recognized as important sources of protease inhibitors which are valuable in the fields of medicine, agriculture and biotechnology. The protease inhibitors of microbial origin are found to be versatile in their structure and mode of inhibition that vary from those of other sources. Although surplus of low molecular weight non-protein protease inhibitors from microorganisms have been reported, there is a dearth of reports on proteinaceous protease inhibitors. The search for new metabolites from marine organisms has resulted in the isolation of more or less 10,000 metabolites (Fuesetani and Fuesetani, 2000) many of which are gifted with pharmacodynamic properties. The existence of marine microorganisms was reported earlier, and they were found to be metabolically and physiologically dissimilar from terrestrial microorganisms. Marine microorganisms have potential as important new sources of enzyme inhibitors and consequently a detailed study of new marine microbial inhibitors will provide the basis for future research (Imada, 2004).

Protease inhibitor from Moringa oleifera leaves: Isolation, purification, and characterization

Protease inhibitors have great demand in medicine and biotechnology. We report here the purification and characterization of a protease inhibitor isolated from mature leaf extract of Moringa oleifera that showed maximum inhibitor activity. The protease inhibitor was purified to 41.4-fold by Sephadex G75 and its molecular mass was calculated as 23,600 Da. Inhibitory activity was confirmed by dot-blot and reverse zymogram analyses. Glycine, glutamic acid, alanine, proline and aspartic acid were found as the major amino acids of the inhibitor protein. Maximal activity was recorded at pH 7 and at 40 ◦C. The inhibitor was stable over pH 5–10; and at 50 ◦C for 2 h. Thermostability was promoted by CaCl2, BSA and sucrose. Addition of Zn2+ and Mg2+, SDS, dithiothreitol and -mercaptoethanol enhanced inhibitory activity, while DMSO and H2O2 affected inhibitory activity. Modification of amino acids at the catalytic site by PMSF and DEPC led to an enhancement in the inhibitory activity. Stoichiometry of trypsin–protease inhibitor interaction was 1:1.5 and 0.6 nM of inhibitor effected 50% inhibition. The low Ki value (1.5 nM) obtained indicated scope for utilization of M. oliefera protease inhibitor against serine proteases

Protease inhibitor from Moringa oleifera with potential for use as therapeutic drug and as seafood preservative

Protease inhibitors are well known to have several applications in medicine and biotechnology. Several plant sources are known to return potential protease inhibitors. In this study plants belonging to different families of Leguminosae, Malvaceae, Rutaceae, Graminae and Moringaceae were screened for the protease inhibitor. Among them Moringa oleifera, belonging to the family Moringaceae, recorded high level of protease inhibitor activity after ammonium sulfate fractionation. M. oleifera, which grows throughout most of the tropics and having several industrial and medicinal uses, was selected as a source of protease inhibitor since so far no reports were made on isolation of the protease inhibitor. Among the different parts of M. oleifera tested, the crude extract isolated from the mature leaves and seeds showed the highest level of inhibition against trypsin. Among the various extraction media evaluated, the crude extract prepared in phosphate buffer showed maximum recovery of the protease inhibitor. The protease inhibitor recorded high inhibitory activity toward the serine proteases thrombin, elastase, chymotrypsin and the cysteine

Trypsin Inhibitor from Edible Mushroom Pleurotus floridanus Active against Proteases of Microbial Origin

Protease inhibitors can be versatile tools mainly in the fields of medicine, agriculture and food preservative applications. Fungi have been recognized as sources of protease inhibitors, although there are only few such reports on mushrooms. This work reports the purification and characterization of a trypsin inhibitor from the fruiting body of edible mushroom Pleurotus floridanus (PfTI) and its effect on the activity of microbial proteases. The protease inhibitor was purified up to 35-fold by DEAE-Sepharose ion exchange column, trypsin-Sepharose column and Sephadex G100 column. The isoelectric point of the inhibitor was 4.4, and its molecular mass was calculated as 37 kDa by SDS-PAGE and 38.3 kDa by MALDI-TOF. Inhibitory activity confirmation was by dot-blot analysis and zymographic activity staining. The specificity of the inhibitor toward trypsin was with Ki of 1.043×10−10 M. The inhibitor was thermostable up to 90 °C with maximal stability at 30 °C, active over a pH range of 4–10 against proteases from Aspergillus oryzae, Bacillus licheniformis, Bacillus sp. and Bacillus amyloliquefaciens. Results indicate the possibility of utilization of protease inhibitor from P. floridanus against serine proteases

Catalase in fluvial biofilms: a comparison between different extraction methods and example of application in a metal-polluted river

Antioxidant enzymes are involved in important processes of cell detoxification during oxidative stress and have, therefore, been used as biomarkers in algae. Nevertheless, their limited use in fluvial biofilms may be due to the complexity of such communities. Here, a comparison between different extraction methods was performed to obtain a reliable method for catalase extraction from fluvial biofilms. Homogenization followed by glass bead disruption appeared to be the best compromise for catalase extraction. This method was then applied to a field study in a metal-polluted stream (Riou Mort, France). The most polluted sites were characterized by a catalase activity 4–6 times lower than in the low-polluted site. Results of the comparison process and its application are promising for the use of catalase activity as an early warning biomarker of toxicity using biofilms in the laboratory and in the field

Chlorophyll fluorescence technique as a rapid diagnostic test of the effects of the photosynthetic inhibitor chlorotoluron on two winter wheat cultivars

A modified chlorophyll fluorescence technique was evaluated as a rapid diagnostic test of the susceptibility of wheat cultivars to chlorotoluron. Two winter wheat cultivars (Maris Huntsman and Mercia) exhibited differential response to the herbicide. All of the parameters of chlorophyll fluorescence examined were strongly influenced by herbicide concentration. Additionally, the procedure adopted here for the examination of winter wheat cultivar sensitivity to herbicide indicated that the area above the fluorescence induction curve and the ratio F-V/F-M are appropriate chlorophyll fluorescence parameters for detection of differential herbicide response between wheat cultivars. The potential use of this technique as an alternative to traditional methods of screening new winter wheat cultivars for their response to photosynthetic inhibitor herbicide is demonstrated here.

Joint effects of density and a growth inhibitor on the life history and population growth rate of the midge Chironomus riparius

Results of previous laboratory studies suggest that high population density often buffers the effects of chemical stressors that predominately increase mortality. Mortality stressors act to release more resources for the survivors and, therefore, produce less-than-additive effects. By contrast, growth stressors are expected to have opposite results or more-than-additive effects. We investigated the effects of a growth inhibitor (lufenuron) on larval growth and survival of Chironomus riparius and examined its joint effects with density on population growth rate (PGR). Exposure to 60 mu g/kg sediment or greater inhibited larval growth, and exposure to 88 mu g/kg or greater often resulted in mortality before reaching emergence. The effects of lufenuron, however, differed with population density. At 88 mu g/kg, mortalities and, to a lesser extent, reduced fecundity resulted in a reduction in PGR at low density. Conversely, when populations were initiated at high density, PGR was similar to that of controls, because the few survivors reached maturity sooner and started producing offspring earlier. The effect of density as a growth stressor therefore was stronger than the effect of lufenuron, which had effects similar to those of a mortality stressor and produced less-than-additive effects. Longterm studies under field conditions, however, are needed before less-than-additive effects are considered to be the norm.