Développement d’outils utilisant la surveillance biologique pour évaluer l’exposition et les risques pour la santé : application au méthylmercure et au sélénium

Dans une perspective d’analyse des risques pour la santé publique, l’estimation de l’exposition revêt une importance capitale. Parmi les approches existantes d’estimation de l’exposition, l’utilisation d’outils, tels que des questionnaires alimentaires, la modélisation toxicocinétique ou les reconstructions de doses, en complément de la surveillance biologique, permet de raffiner les estimations, et ainsi, de mieux caractériser les risques pour la santé. Ces différents outils et approches ont été développés et appliqués à deux substances d’intérêt, le méthylmercure et le sélénium en raison des effets toxiques bien connus du méthylmercure, de l’interaction entre le méthylmercure et le sélénium réduisant potentiellement ces effets toxiques, et de l’existence de sources communes via la consommation de poisson. Ainsi, l’objectif général de cette thèse consistait à produire des données cinétiques et comparatives manquantes pour la validation et l’interprétation d’approches et d’outils d’évaluation de l’exposition au méthylmercure et au sélénium. Pour ce faire, l’influence du choix de la méthode d’évaluation de l’exposition au méthylmercure a été déterminée en comparant les apports quotidiens et les risques pour la santé estimés par différentes approches (évaluation directe de l’exposition par la surveillance biologique combinée à la modélisation toxicocinétique ou évaluation indirecte par questionnaire alimentaire). D’importantes différences entre ces deux approches ont été observées : les apports quotidiens de méthylmercure estimés par questionnaires sont en moyenne six fois plus élevés que ceux estimés à l’aide de surveillance biologique et modélisation. Ces deux méthodes conduisent à une appréciation des risques pour la santé divergente puisqu’avec l’approche indirecte, les doses quotidiennes estimées de méthylmercure dépassent les normes de Santé Canada pour 21 des 23 volontaires, alors qu’avec l’approche directe, seulement 2 des 23 volontaires sont susceptibles de dépasser les normes. Ces différences pourraient être dues, entre autres, à des biais de mémoire et de désirabilité lors de la complétion des questionnaires. En outre, l’étude de la distribution du sélénium dans différentes matrices biologiques suite à une exposition non alimentaire (shampoing à forte teneur en sélénium) visait, d’une part, à étudier la cinétique du sélénium provenant de cette source d’exposition et, d’autre part, à évaluer la contribution de cette source à la charge corporelle totale. Un suivi des concentrations biologiques (sang, urine, cheveux et ongles) pendant une période de 18 mois chez des volontaires exposés à une source non alimentaire de sélénium a contribué à mieux expliciter les mécanismes de transfert du sélénium du site d’absorption vers le sang (concomitance des voies régulées et non régulées). Ceci a permis de montrer que, contrairement au méthylmercure, l’utilisation des cheveux comme biomarqueur peut mener à une surestimation importante de la charge corporelle réelle en sélénium en cas de non contrôle de facteurs confondants tels que l’utilisation de shampoing contenant du sélénium. Finalement, une analyse exhaustive des données de surveillance biologique du sélénium issues de 75 études publiées dans la littérature a permis de mieux comprendre la cinétique globale du sélénium dans l’organisme humain. En particulier, elle a permis le développement d’un outil reliant les apports quotidiens et les concentrations biologiques de sélénium dans les différentes matrices à l’aide d’algorithmes mathématiques. Conséquemment, à l’aide de ces données cinétiques exprimées par un système d’équations logarithmiques et de leur représentation graphique, il est possible d’estimer les apports quotidiens chez un individu à partir de divers prélèvements biologiques, et ainsi, de faciliter la comparaison d’études de surveillance biologique du sélénium utilisant des biomarqueurs différents. L’ensemble de ces résultats de recherche montre que la méthode choisie pour évaluer l’exposition a un impact important sur les estimations des risques associés. De plus, les recherches menées ont permis de mettre en évidence que le sélénium non alimentaire ne contribue pas de façon significative à la charge corporelle totale, mais constitue un facteur de confusion pour l’estimation de la charge corporelle réelle en sélénium. Finalement, la détermination des équations et des coefficients reliant les concentrations de sélénium entre différentes matrices biologiques, à l’aide d’une vaste base de données cinétiques, concourt à mieux interpréter les résultats de surveillance biologique.

Évaluation et modélisation de l’impact de la coexposition de composés organiques volatils sur l’excrétion de leurs biomarqueurs urinaires

L’évaluation de l’exposition aux composés organiques volatils (COV) recourt couramment à l’analyse des métabolites urinaires en assumant qu’aucune interaction ne survient entre les composés. Or, des études antérieures ont démontré qu’une inhibition de type compétitive survient entre le toluène (TOL), l’éthylbenzène (EBZ) et le m-xylène (XYL). Le chloroforme, qui est également un solvant métabolisé par le CYP2E1, se retrouve souvent en présence des autres COV dans les échantillons de biosurveillance. La présente étude visait donc à évaluer si le chloroforme (CHL) peut lui aussi interagir avec ces COV et évaluer ces interactions au niveau de l’excrétion des biomarqueurs urinaires associés, soit l’o-crésol, l’acide mandélique et l’acide m-méthylhippurique pour TOL, EBZ et XYL respectivement. Afin d’obtenir des données humaines, cinq volontaires ont été exposés par inhalation à différentes combinaisons de COV (seuls et mélanges binaires ou quaternaires) où la concentration de chacun des composés était égale à 1/4 ou 1/8 de la valeur limite d’exposition (VLE) pour une durée de 6h. Des échantillons d’air exhalé, de sang et d’urine ont été récoltés. Ces données ont ensuite été comparées aux modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PCBP) existants afin de les ajuster pour l’excrétion urinaire. Certaines différences ont été observées entre les expositions aux solvants seuls et les coexpositions, mais celles-ci semblent majoritairement attribuables aux remplacements de participants à travers les différentes expositions. Les valeurs de Vmax pour EBZ et CHL ont été optimisées afin de mieux prédire les niveaux sanguins de ces COV. À l’exception du modèle pour EBZ, tous les paramètres pour l’excrétion urinaire ont été obtenus à partir de la littérature. Les modèles adaptés dans cette étude ont permis de simuler adéquatement les données expérimentales.

Rat protease-activated receptor–1 (rPAR1) expression and characterization in Sf9 cells

Connue pour son rôle dans la cascade de coagulation, la thrombine, une protéase à sérine, peut également agir par l’intermédiaire de PAR1, un récepteur activé par protéase et couplé aux protéines G liant le GTP (GPCR). La thrombine se lie et clive l’extrémité N-terminale du PAR1 entre l’Arg41 et la Ser42, exposant une nouvelle extrémité terminale qui agit elle-même comme un ligand. La thrombine et une séquence peptidique de cinq acides aminés, composée des résidus Ser42 à Arg46, nommée PAR1-AP, déclenchent dans diverses cellules de mammifères une réponse intracellulaire comportant une composante calcique. Dans cette étude, le système d’expression par baculovirus dans les cellules Sf9 d'insecte nous a permis d'exprimer le récepteur PAR1 du rat à la surface de ces cellules et de réaliser son couplage fonctionnel à leur signalisation intracellulaire (modèle rPAR1-Sf9). La composante calcique de celle-ci, en réponse au PAR1-AP, a ensuite été étudiée en détail à l’aide de la sonde fluorescente Fura-2 et de plusieurs inhibiteurs agissant sur les canaux calciques ou d'autres éléments de la cascade de signalisation du calcium intracellulaire. Lorsque le milieu extracellulaire contient du calcium (Ca2+), la thrombine ou PAR1-AP déclenchent un signal calcique qui consiste en une augmentation rapide de [Ca2+]i suivi d’un plateau relativement soutenu, puis d'un retour lent vers le niveau de base initial. En l'absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire, l'augmentation initiale rapide de [Ca2+]i est suivie d'un retour rapide vers le [Ca2+]i de base. À l’aide d’inhibiteurs de canaux calciques, tels que le lanthane, la nifédipine et le D-600, l'entrée du calcium du milieu extracellulaire dans les cellules est inhibée, abolissant le plateau soutenu de [Ca2+]i. L’inhibition de la pompe Ca2+-ATPase par la thapsigargine supprime la réponse au PAR1-AP après épuisement des sites de stockage de Ca2+intracellulaire. Le TMB-8 agit de façon discordante quant à l’inhibition de la libération de Ca2+ des sites de stockage intracellulaires. La réponse à PAR1-AP n’est pas affectée par le D-609, un inhibiteur de la phospholipase β. L’inhibition de la protéine kinase C (PKC) par le bisindolylmaléimide induit des oscillations en présence de Ca2+ extracellulaire et atténue fortement le signal calcique en absence de Ca2+ extracellulaire. En présence de Ca2+ extracellulaire, l’activation de la PKC par le PBDu tronque le flux de [Ca2+]i tandis que la réponse calcique est abolie en absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire. Le H-89, un inhibiteur de la protéine kinase A (PKA), cause une prolongation de la durée du plateau de [Ca2+]i dans un milieu riche en calcium et la suppression de la réponse à PAR1-AP lorsque le milieu extracellulaire est dépourvu de Ca2+. Les résultats obtenus nous permettent de conclure que la PKC et possiblement la PKA jouent un rôle critique dans la mobilisation du Ca2+ induite par le PAR1-AP dans le modèle rPAR1-Sf9.

Étude de la cinétique de biomarqueurs d’exposition à la perméthrine dans des conditions d’exposition réelles chez les travailleurs agricoles au Québec

La perméthrine fait partie de la famille des pyréthrinoïdes qui sont abondamment utilisés en agriculture. Le but de cette étude était d'obtenir des données sur la cinétique des biomarqueurs d'exposition à la perméthrine en condition réelle d'exposition chez les travailleurs agricoles. Douze travailleurs (un applicateur, un superviseur et dix cueilleurs) exposés à la perméthrine dans le cadre de leur emploi ont été recrutés dans une ferme maraichère de la Montérégie (Québec). Ils ont fourni toutes leurs urines sur une période de trois jours suivant le début des travaux dans un champ traité. Les trois principaux métabolites de la perméthrine, l'acide cis-/trans-3-(2,2-dichlorovinyle)-2,2-diméthylecyclopropane carboxylique (cis-/trans-DCCA) et l'acide 3-phénoxybenzoïque (3-PBA) ont été analysés par chromatographie liquide à ultra-haute performance couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol. Pour l'applicateur, une augmentation progressive des valeurs d'excrétion a été observée avec un pic unique atteint environ 30 h après le début de l'exposition d'une durée de 3,5 h suivi d'une élimination avec une demi-vie de 8 h. Pour le superviseur et l'un des cueilleurs, les profils d'excrétion de trans-DCCA et de 3-PBA étaient compatibles avec de multiples entrées dans la zone traitée pendant la période d'échantillonnage accompagné d'une élimination rapide entre les épisodes d'exposition.L'applicateur aurait été exposé indirectement par contact main-bouche, alors que les autres travailleurs auraient été exposés par la voie cutanée. Pour une surveillance biologique adéquate, nous recommandons de mesurer deux biomarqueurs de la perméthrine, soit le trans-DCCA et le 3-PBA et de prendre un minimum de trois échantillons urinaires, un avant et deux pendant ou suivant la période d'exposition.

Étude de la cinétique des pesticides pyréthrinoïdes en conditions contrôlées et en milieu de travail dans un objectif de biosurveillance

Les pyréthrinoïdes sont des insecticides largement utilisés. La population générale y est exposée par l’alimentation tandis que les travailleurs agricoles y sont exposés lors de tâches diverses en champs. Leurs effets neurotoxiques, immunitaires et endocriniens potentiels en font des composés à surveiller pour assurer la santé de la population. La mesure de biomarqueurs d’exposition, qui consiste à quantifier la concentration dans l’organisme d’une substance ou de ses métabolites, permet d’estimer les doses absorbées. Les biomarqueurs peuvent également être des molécules répondant à un stress physiologique, identifiées comme des biomarqueurs d’effets. Pour raffiner les stratégies de biosurveillance de l’exposition, on se doit de bien connaître la toxicocinétique d’un xénobiotique; actuellement, les études de biosurveillance considèrent rarement la variabilité temporelle, intra-invidivuelle et inter-individuelle, qui pourrait influencer l’estimation de l’exposition. L’objectif de la thèse est donc d’appliquer une approche cinétique pour l’évaluation de l’exposition aux pyréthrinoïdes en conditions contrôlées et en milieu de travail. Dans un volet exploratoire, l’effet de cette exposition sur des changements métaboliques précoces a également évalué. Trois métabolites finaux (cis-DCCA, trans-DCCA et 3-PBA) de deux pyréthrinoïdes les plus utilisés, soient la perméthrine et la cyperméthrine, ont été mesurés dans le plasma et l’urine de six volontaires oralement exposés à une dose équivalente à la dose de référence. Une demi-vie moyenne (t½) d’élimination apparente du trans-DCCA, cis-DCCA et 3-PBA dans le plasma de 5,1, 6,9 et 9,2 h, respectivement, a été obtenue après exposition orale à la cyperméthrine, comparativement à 7,1, 6,2 et 6,5 h après exposition à la perméthrine. Dans l’urine, la demi-vie d'élimination apparente (t½) était de 6,3, 6,4 et 6,4 h pour le trans-DCCA, cis-DCCA et 3-PBA, respectivement, après administration de la cyperméthrine comparé à 5,4, 4,5 et 5,7 h après administration de la perméthrine. Les profils temporels étaient semblables suite à l’exposition à la cyperméthrine et perméthrine. Ensuite, une étude en milieu agricole a été réalisée avec la participation de travailleurs pour évaluer leur exposition et raffiner les stratégies de biosurveillance. La variabilité intra-individuelle dans les niveaux de biomarqueurs d’exposition chez plusieurs travailleurs était plus importante que la variabilité inter-individuelle. Les échantillons urinaires ont également été utilisés pour identifier des modifications du métabolome pouvant fournir de nouveaux biomarqueurs d’effets précoces. Chez les travailleurs, une augmentation de l'hippurate urinaire (p <0,0001) a été observée après exposition aux pyréthrinoïdes, un biomarqueur de la conjugaison de l’acide benzoïque. En conclusion, cette étude a permis de mieux documenter la cinétique de biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes dans des conditions contrôlées et réelles afin de raffiner les stratégies de biosurveillance. Elle a aussi contribué à renseigner sur les niveaux d’exposition agricole québécois et sur les paramètres professionnels associés à une plus forte exposition. Ce projet s’insère dans une démarche d’analyse de risque en santé au travail.

The molecular mechanism of retinoic acid action: Regulation of tissue transglutaminase gene expression

Retinoic acid is a small lipophilic molecule that exerts profound effects on the growth and differentiation of both normal and transformed cells. It is also a natural morphogen that is critical in the development of embryonic structures. The molecular effects of retinoic acid involve alterations in the expression of several proteins and these changes are presumably mediated in part by alterations in gene expression. For instance, retinoic acid causes a rapid induction of tissue transglutaminase, an enzyme involved in protein cross-linking. The molecular mechanisms responsible for the effects of retinoic acid on gene expression have not been characterized. To approach this question, I have isolated and characterized tissue transglutaminase of cDNA clones. The deduced amino acid sequences of tissue transglutaminase and of factor XIIIa showed a relatively high degree of homology in their putative calcium binding domains.^ To explore the mechanism of induction of this enzyme, both primary (macrophages) and cultured cells (Swiss 3T3-C2 and CHO fibroblasts) were used. I found that retinoic acid is a general inducer of tissue transglutaminase mRNA in these cells. In murine peritoneal macrophages retinoic acid causes a rapid accumulation of this mRNA and this effect is independent of concurrent protein synthesis. The retinoic acid effect is not mediated by a post-transcriptional increase in the stability of the tissue transglutaminase mRNA, but appears to involve an increase in the transcription rate of the tissue transglutaminase gene. This provides the first example of regulation by retinoic acid of a specific gene, supporting the hypothesis that these molecules act by directly regulating the transcriptional activity of specific genes. A molecular model for the effects of retinoic acid on the expression of genes linked to cellular proliferation and differentiation is proposed. ^

A pharmacological investigation of noradrenergic receptor mechanisms in neophobia

The dorsal noradrenergic bundle (DB) is a major ascending pathway which originates in the locus coeruleus of the brainstem and projects to the forebrain. The behavioral role of the DB remains unclear, despite a great deal of effort. Selective attention and anxiety are two areas which have been the focus of recent research. Some studies of the DB utilize the neurotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA), since 6-OHDA injection into this pathway results in greater than 90 percent depletion of cortical and hippocampal norepinephrine (NE). Neophobia, the fear of novelty, has been reported to be either increased or decreased by 6-OHDA lesions of the DB, depending on conditions. The selective attention hypothesis would be supported by increased neophobia after 6-OHDA lesions, while the anxiety hypothesis would be supported by decreased neophobia. We have examined the effects of 6-OHDA DB lesions on neophobia under conditions in which the test environment and/or the test food were novel. We found that the lesion attenuates neophobia, defined as an increased preference for novel food, when both the environment and food were novel. The lesion had no effect on neophobia when only the environment or food was novel.^ We examined the effects of chronic intraventricular NE infusions on behavior in our neophobia test, in sham and 6-OHDA DB lesioned animals. We found that chronic NE infusions into lesioned animals significantly reversed the lesion-induced attenuation of neophobia. Sham/NE infused animals demonstrated a 40 percent greater preference for familiar food compared to sham/saline infused animals. These data suggest that infusions of NE have an effect opposite to lesion-induced attenuation of neophobia. Chronic infusions of the alpha adrenoceptor agonists had no consistent effects on neophobia. The beta adrenoceptor agonist, isoproterenol reversed the lesion-induced attenuation of neophobia but not to a statistically significant degree. Isoproterenol increased neophobia in sham animals. Forskolin, an adenylate cyclase activator, mimicked the effects of NE infusion by significantly reversing the lesion-induced attenuation of neophobia, while increasing neophobia in sham animals. These results suggest that increased release of NE during stress increases neophobia in part by stimulating beta adrenoceptors which activate adenylate cyclase. ^

Multiple site phosphorylation of tyrosine hydroxylase: A potential role for protein kinase C in the regulation of catecholamine synthesis

Tyrosine hydroxylase (TH), the initial and rate limiting enzyme in the catecholaminergic biosynthetic pathway, is phosphorylated on multiple serine residues by multiple protein kinases. Although it has been demonstrated that many protein kinases are capable of phosphorylating and activating TH in vitro, it is less clear which protein kinases participate in the physiological regulation of catecholamine synthesis in situ. These studies were designed to determine if protein kinase C (PK-C) plays such a regulatory role.^ Stimulation of intact bovine adrenal chromaffin cells with phorbol esters results in stimulation of catecholamine synthesis, tyrosine hydroxylase phosphorylation and activation. These responses are both time and concentration dependent, and are specific for those phorbol ester analogues which activate PK-C. RP-HPLC analysis of TH tryptic phosphopeptides indicate that PK-C phosphorylates TH on three putative sites. One of these (pepetide 6) is the same as that phosphorylated by both cAMP-dependent protein kinase (PK-A) and calcium/calmodulin-dependent protein kinase (CaM-K). However, two of these sites (peptides 4 and 7) are unique, and, to date, have not been shown to be phosphorylated by any other protein kinase. These peptides correspond to those which are phosphorylated with a slow time course in response to stimulation of chromaffin cells with the natural agonist acetylcholine. The activation of TH produced by PK-C is most closely correlated with the phosphorylation of peptide 6. But, as evident from pH profiles of tyrosine hydroxylase activity, phosphorylation of peptides 4 and 7 affect the expression of the activation produced by phosphorylation of peptide 6.^ These data support a role for PK-C in the control of TH activity, and suggest a two stage model for the physiological regulation of catecholamine synthesis by phosphorylation in response to cholinergic stimulation. An initial fast response, which appears to be mediated by CaM-K, and a slower, sustained response which appears to be mediated by PK-C. In addition, the multiple site phosphorylation of TH provides a mechanism whereby the regulation of catecholamine synthesis appears to be under the control of multiple protein kinases, and allows for the convergence of multiple, diverse physiological and biochemical signals. ^

Quantitation of C4a and C4b in systemic lupus erythematosus patients

The fourth component of human complement (C4) exists in blood as two major forms or isotypes which differ in their biochemical and functional properties. Because C4A preferentially transacylates onto amino groups, it has been postulated that this isotype is more important in the clearance of immune complexes. Patients having systemic lupus erythematosus (SLE), an autoimmune disease, have an increased incidence of C4A null genes and presumably decreased levels of C4A. Currently accepted methods for the detection of C4, however, cannot accurately quantitate C4A and C4B. Thus, their role in disease susceptibility and activity has not been studied. A novel immunoassay, which utilized heat-aggregated IgG to activate and capture C4, was developed for accurate quantitation of total C4, C4A and C4B by monoclonal antibody conjugates. Higher mean total C4 values were found in a healthy Black control population when compared to White controls. This appeared to be due to an increase in C4B. In SLE patients, mean total C4 levels were significantly lower than controls regardless of disease activity. Serial patient studies showed that the ratio of C4A:C4B remained relatively constant. When the patient group was compared to controls based on C4 null gene status, the mean levels of C4A were identical while C4B was decreased in the patients. This suggests that the common HLA-B8, Dr3 C4A*Q0 gene deletion found in SLE patients may also adversely affect genetic control of the C4B genes. Furthermore, low levels of C4A cannot fully account for disease development in SLE patients having C4A null genes. ^

Effect of chitin on {\it Vibrio cholerae}

Chitin, N-acetylglucosamine and crude shrimp shell were found to support growth and survival of non-01 and 01 Vibrio cholerae species in aquatic microcosms. Growth was found to be concentration-dependent when the amount of chitin used was within the range of 0.5 g/L to 5 g/L. Toxigenic strains of V. cholerae retained their ability to produce cholera toxin in bay water with chitin as the sole source of nutrient. The amount of chitin solubilized in bay water was shown to depend on salinity but not pH. The inability of V. cholerae to grow in dilute (10%) sewage is reported, and its bearing on the adequacy of the currently used fecal coliform count as a measure of shellfish and shellfish harvesting water quality is discussed. ^

Immunochemical interactions of peptides with site-directed polyclonal immunoglobulin G

The objective of this study was to investigate the immunochemical nature of the polyclonal immune response to the 14mer peptide TINKEDDESPGLYG and to identify interactions among antibodies to more than one epitope. Two groups of rabbits were immunized with the 14mer peptide and a Keyhole Limpet hemocyanin (KLH) carrier, but with KLH attached either to the 14mer's N- or C-terminus. Two approximate epitopes were mapped by an antibody-capture enzyme-linked immunosorbent assay method using antiserum obtained when KLH was oriented on the C-terminus of the 14mer. A precise mapping of the epitopes performed with inhibition enzyme immunoassays (iEIAs) resulted in an N-terminal 6mer epitope TINKED and a C-terminal 10mer epitope EDDESPGLYG. The epitopes overlapped by two amino acids. IEIAs and iEIAs incorporating antibody-blocking peptides indicated that the two anti-epitope antibody fractions did not interfere with one anothers' epitope binding. It was postulated that the anti-TINKED and anti-EDDESPGLYG antibody fractions individually bind their respective hydrophobic epitope "core" region at the N- or C-terminal of peptide TINKEDDESPGLYG, while sharing the two hydrophilic overlap amino acids. This antibody "lap joint" binding interaction can be accomplished by each of the anti-epitope antibodies binding an opposite side of the epitope overlap region in the shallow periphery of its binding site. ^

The roles of electrostatic charge pairing in the interaction between cytochrome P-450 and NADPH-cytochrome P-450 reductase

The cytochrome P450 enzyme catalysis requires two electrons transferred from NADPH-cytochrome P450 reductase (reductase) to P450. Electrostatic charge-pairing has been proposed to be one of the major forces in the interaction between P450 and reductase. In order to obtain further insight into the molecular basis for the protein interaction, I used two methods, chemical modification and specific anti-peptide antibodies, to study the involvement and importance of charged amino acid residues. Acetylation of lysine residues of P450c and P450b by acetic anhydride dramatically inhibited the reductase-supported P450c-dependent ethoxycoumarin hydroxylation activity, but P450 activity supported by cumene hydroperoxide is relatively unchanged. The modification of lysine residues of P450c and P450b did not grossly disturb the protein conformation as revealed by several spectral studies. This differential effect of lysine modification on the P450 activity in the system reconstituted with reductase versus the system supported by cumene hydroperoxide suggested an important role for P450 lysine residues in the interaction with reductase. Using $\rm\sp{14}C$-acetic anhydride, P450 lysine residues were labelled and further identified on P450c and P450b. Those lysine residues are at position 97, 271, 279, and 407 for P450c, and 251, 384, 422, 433, and 473 for P450b. Alignment of those identified lysine residues on P450c and P450b with amino acid residues identified in other studies indicated those residues reside in three major sequence areas. Modification of arginine residues of P450b by phenylglyoxal and 2, 3-butanedione have no significant effect on P450 activity either supported by NADPH and reductase or supported by cumene hydroperoxide. Further studies using $\rm\sp{14}C$-phenylglyoxal reveals that no incorporation of phenylglyoxal into P450b was found. These results demonstrated a predominant role of lysine residues of P450 in the electrostatic interaction with reductase. To understand the protein binding sites on each of P450 and reductase, I generated three anti-peptide antibodies against regions on reductase and five anti-peptide antibodies against five putative reductase binding sites on P450c. These anti-peptide antibodies were affinity purified and characterized on ELISA and by Western blot analysis. Inhibition experiments using these antibodies demonstrated that regions 109-120 and 204-220 of reductase are probably the two major binding sites for P450. The association of reductase with cytochromes P450 and cytochrome c may rely on different mechanisms. The data from experiments using anti-peptide (P450c) antibodies supports the important role of P450c lysine residues 271/279 and 458/460 in the interaction with reductase. ^

A molecular study of the rhodopsin locus in patients with retinitis pigmentosa

DNA for this study was collected from a sample of 133 retinitis pigmentosa (RP) patients and the rhodopsin locus molecularly analyzed by linkage and for disease specific mutations. The cohort of patients consisted of 85 individuals diagnosed with autosomal dominant RP (adRP), and 48 patients representing other forms of retinitis pigmentosa or retinal dystrophy related disease. In three large families with adRP rhodopsin was excluded from linkage to the disease locus. A search for subtle mutations in the rhodopsin coding region using single strand conformational polymorphisms (SSCP) and sequencing detected a total of 14 unique sequence variants in 24 unrelated patients. These variants included one splicing variant, 5168 -1G-A, one deletion variant of 17 base pairs causing a frame shift at codon 332, and 12 misense variants: Pro23His, Leu46Arg, Gly106Trp, Arg135Pro, Pro171Glu, Pro180Ala, Glu181Lys, Asp190Asn, His211Arg, Ser270Arg, Leu328Pro and Pro347Thr. All but three of the missense variants change amino acids that are evolutionarily conserved. The Pro23His mutation was found in 10 unrelated individuals with family histories of adRP and not in any normal controls (over 80 chromosomes tested). The Pro180Ala mutation was present in a patient with simplex RP and probably represents a new mutation. Three normal polymorphic nucleotide substitutions, A-269-G, T-3982-C, and G-5145-A, were also identified. We conclude, based on this study, that 25% of adRP cases are attributable to rhodopsin mutations.^ Clinical data, including ERG results and visual field testing, was available for patients with eleven different mutations. The eleven patients were all diagnosed with RP, however the severity of the disease varied with five patients mildly affected and diagnosed with type II adRP and 5 patients severely affected and diagnosed with type I adRP. The patient with simplex RP was mildly affected. The location of the mutations within the rhodopsin protein was randomly associated with the severity of the disease in those patients evaluated. However, four mutations, Pro23His, Leu46Arg, Pro347Thr, and 5168 -1G-A, are particularly interesting. The Pro23His mutation appears to have radiated from a recent common ancestor of the affected patients as all of them share a common haplotype at the rhodopsin locus. The Leu46Arg mutation causes an unusually severe form of RP. Hydropathy analysis of the mutated sequence revealed a marked change in the hydrophobicity of this first transmembrane spanning region. Codon 347 has been the target of multiple mutations with at least six documented changes at the position, significantly more than expected by a random distribution of mutations. Finally the splice-site variant is extremely variable in its expression in the family studied. Similar mutations have been reported in other cases of adRP and postulated to be involved in autosomal recessive RP (arRP). Mechanisms to account for the variable expression of rhodopsin mutations in relation to RP heterogeneity are discussed. (Abstract shortened by UMI.) ^

Amyotrophic lateral sclerosis and Parkinsonism-dementia complex of Guam: Descriptive epidemiology, secular trends, and birth cohort effects on incidence, 1950--1989

This study describes the patterns of occurrence of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and parkinsonism-dementia complex (PDC) of Guam during 1950-1989. Both ALS and PDC occur with high frequency among the indigenous Chamorro population, first recognized in the early 1950's. Reports in the early 1980's indicated that both ALS and PDC were disappearing, due to a purported reduction in exposure to harmful environmental factors as a result of the dramatic changes in lifestyle that took place after World War II. However, this study provides compelling evidence that ALS and PDC have not disappeared on Guam and that rates for both are higher during 1980-1989 than previously reported.^ The patterns of occurrence for both ALS and PDC overlap in most respects: (1) incidence and mortality are decreasing; (2) median age at onset is increasing; (3) males are at increased risk for developing disease; (4) risk is higher for those residing in the south compared to the non-south; and (5) age-specific incidence is decreasing over time except in the oldest age groups.^ Age-specific incidence of ALS and PDC, separately and together, is generally higher for cohorts born before 1920 than for those born after 1920. A significant birth cohort effect on the incidence of PDC for the 1906-1915 birth cohort was found, but not for ALS and for ALS and PDC together. Whether or not a cohort effect, period effect, or both are associated with incidence of ALS and PDC cannot be determined from the data currently available and will require additional follow-up of individuals born after 1920.^ The epidemiological data amassed over this 40-year period provide evidence that supports an environmental exposure model for disease occurrence as opposed to a simple genetic or infectious disease model. Whether neurodegenerative disease in this population occurs as a consequence of a single exposure or is explained by a multifactorial model such as a genetic predisposition with some environmental interaction is yet to be determined. However, descriptive studies such as this can provide clues concerning timing and location of potential adverse exposures but cannot determine etiology, underscoring the urgent need for analytic studies of ALS and PDC to further investigate existing etiologic hypotheses and to test new hypotheses. ^

{\it In vivo\/} induction of DNA changes in cervicovaginal epithelium by perinatal estrogen exposure

Epidemiological studies have associated estrogens with human neoplasm such as the endometrium, cervix, vagina, breast, and liver. Perinatal exposure to natural (17$\beta$-estradiol (17$\beta$-E$\sb2)\rbrack$ and synthetic (diethylstilbestrol (DES)) estrogens induces neoplastic changes in humans and rodents. Previous studies demonstrated that neonatal 17$\beta$-E$\sb2$ treatment increased the nuclear DNA content of mouse cervicovaginal epithelium that preceded histologically evident neoplasia. In order to determine whether this effect was specific to 17$\beta$-E$\sb2,$ associated with chromosomal changes, and relevant to the human, female BALB/c mice were treated neonatally with either 17$\alpha$-estradiol (17$\alpha$-E$\sb2)$ and 5$\beta$-dihydrotestosterone ($5\beta$-DHT), both inactive steroids in adult reproductive tissue, or 17$\beta$-E$\sb2.$ Ten-day-old mice received pellet implants of 17$\beta$-E$\sb2,$ 17$\alpha$-E$\sb2,$ $5\beta$-DHT, or cholesterol. Seventy-day-old cervicovaginal tracts were examined histologically and flow cytometrically. 17$\beta$-E$\sb2$-treated animals were evaluated by fluorescent in situ hybridization (FISH) using a probe specific for chromosome 1. Trisomy of chromosomes 1, 7, 11, and 17 was evaluated by FISH in cervicovaginal material from 19 DES-exposed and 19 control patients.^ $17\beta$-E$\sb2, 17\alpha$-E$\sb2$, and $5\beta$-DHT-induced dramatic developmental and histological changes in the cervicovaginal tract, including hypospadia, hyperplasia, and persistent cornification. The changes induced by 17$\alpha$-E$\sb2$ were equivalent to 17$\beta$-E$\sb2.$ Neonatal 17$\alpha$-E$\sb2$-induced adenosquamous cervicovaginal tumors at 24 months. 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT significantly increased the nuclear DNA content over control animals, but at significantly lower levels than 17$\beta$-E$\sb2.$ DNA ploidy changes were highest (80%) in animals treated neonatally and secondarily with 17$\beta$-E$\sb2.$ Secondary 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT administration, unlike 17$\beta$-E$\sb2,$ didn't significantly increase DNA content. Chromosome 1 trisomy incidence was 66% in neonatal 17$\beta$-E$\sb2$-treated animals. Trisomy was evident in 4 DES-exposed patients: one patient with trisomy of chromosomes 1, 7, and 11; one patient with chromosome 7 trisomy; and two patients with chromosome 1 trisomy. These data demonstrated the biological effects of 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT were age-dependent, 17$\alpha$-E$\sb2$ was equivalent to 17$\beta$-E$\sb2$ and tumorigenic when administered neonatally, and histological changes were not steroid specific. Chromosomal changes were associated with increased nuclear DNA content and chromosomal changes may be an early event in the development of tumors in human DES-exposed tissues. ^