Glutaredoxin-1 Is up-regulated in preeclampsia and increases soluble Flt-1 expression

INTRODUCTION: Preeclampsia is a vascular disorder in pregnancyand is biochemical characterization by high soluble Flt-1 and lowplacenta growth factor as well as an imbalance in redox homeostasis.During conditions of high oxidative stress, cysteine residues on keyproteins are reversibly altered by S-glutathionylation, modifying theirfunction. Glutaredoxin-1 (Glrx) enzymatically catalyzes the removal of S-glutathione adducts, conferring reversible signaling dynamics toproteins with redox-sensitive cysteines. The role of Glrx in preeclampsiais unknown.METHODS: Immunohistochemistry and Western blot analysis for Glrx orglutathione were conducted on human placenta samples collected pre-termfrom early onset preeclamptic patients (n=10) or non-preeclamptic induceddeliveries (n=9). Human endothelial cells were infected with adenovirusencoding Glrx or LacZ prior to the cells being exposed to hypoxia (0.1%O2, 24h) to measure changes in soluble Flt-1 (sFlt-1). Quantitative PCRand ELISA were used to measure sFlt-1 at mRNA and protein level.RESULTS: Immunohistochemical staining for GSH revealed lowerS-glutathionylation adducts in preeclampsia placenta in comparison tocontrols. Glrx expression, which catalyses de-glutathionylation wasenhanced in early onset preeclampsia compared to pre-term controlsamples. In contrast, no change was observed in preeclamptic and IUGRplacentas at full term. In endothelial cells overexpressing Glrx, sFlt-1expression was dramatically enhanced at mRNA (3-fold P<0.05) andprotein level (5 fold P>0.01, n=4) after hypoxia andoverexpressing Glrxin mice enhanced levels of circulating sFlt-1 during in vivo ischemia.CONCLUSIONS: Enhanced Glrx expression in preeclamptic placentain line with an apparent decrease in S-glutathionylation may leavekey proteins susceptible to irreversible oxidation in conditions of highoxidative stress.

H2S regulation of nitric oxide metabolism

Nitric oxide (NO) and hydrogen sulfide (H2S) are two major gaseous signaling molecules that regulate diverse physiological functions. Recent publications indicate the regulatory role of H2S on NO metabolism. In this chapter, we discuss the latest findings on H2S-NO interactions through formation of novel chemical derivatives and experimental approaches to study these adducts. This chapter also addresses potential H2S interference on various NO detection techniques, along with precautions for analyzing biological samples from various sources. This information will facilitate critical evaluation and clearer insight into H2S regulation of NO signaling and its influence on various physiological functions.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Pathways of the Photocatalytic Reaction of Acetate in H2O and D2O Combined: An EPR and ATR-FTIR Study

The adsorption and photocatalytic degradation of acetate on TiO2 surfaces was investigated in H2O and D2O by ATR-FTIR and EPR Spectroscopy respectively. These studies were carried out in the dark and under UV(A) illumination to gain additional insights into the adsorption behaviour with the identification of paramagnetic species formed during the oxidation of acetate. Isotopic exchange during the adsorption of D2O on TiO2 surface led to different interactions between the adsorbate and OD groups. At different pH levels, several surface complexes of acetate can be formed such as monodentate, or bidentates. Under UV(A) irradiation of TiO2 aqueous suspensions, the formation of hydroxyl and methoxy radicals evidenced as the corresponding spin-adducts, were found to dominate in alkaline and acidic suspensions respectively. Two possible pathways for the oxidation of acetate have been suggested at different pH levels in solution in terms of the source of the spin adduct formed. These proposed pathways were found to be in good agreement with ATR-FTIR and EPR results.

Characterization of nucleic acids by tandem mass spectrometry - The second decade (2004-2013): From DNA to RNA and modified sequences

Nucleic acids play key roles in the storage and processing of genetic information, as well as in the regulation of cellular processes. Consequently, they represent attractive targets for drugs against gene-related diseases. On the other hand, synthetic oligonucleotide analogues have found application as chemotherapeutic agents targeting cellular DNA and RNA. The development of effective nucleic acid-based chemotherapeutic strategies requires adequate analytical techniques capable of providing detailed information about the nucleotide sequences, the presence of structural modifications, the formation of higher-order structures, as well as the interaction of nucleic acids with other cellular components and chemotherapeutic agents. Due to the impressive technical and methodological developments of the past years, tandem mass spectrometry has evolved to one of the most powerful tools supporting research related to nucleic acids. This review covers the literature of the past decade devoted to the tandem mass spectrometric investigation of nucleic acids, with the main focus on the fundamental mechanistic aspects governing the gas-phase dissociation of DNA, RNA, modified oligonucleotide analogues, and their adducts with metal ions. Additionally, recent findings on the elucidation of nucleic acid higher-order structures by tandem mass spectrometry are reviewed.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Applications of Photoinduced Electron Transfer Chemistry: Photoremovable Protecting Groups and Carbon Dioxide Conversion

Traditional organic chemistry has long been dominated by ground state thermal reactions. The alternative to this is excited state chemistry, which uses light to drive chemical transformations. There is considerable interest in using this clean renewable energy source due to concerns surrounding the combustion byproducts associated with the consumption of fossil fuels. The work presented in this text will focus on the use of light (both ultraviolet and visible) for the following quantitative chemical transformations: (1) the release of compounds containing carboxylic acid and alcohol functional groups and (2) the conversion of carbon dioxide into other useable chemicals. Chapters 1-3 will introduce and explore the use of photoremovable protecting groups (PPGs) for the spatiotemporal control of molecular concentrations. Two new PPGs are discussed, the 2,2,2-tribromoethoxy group for the protection of carboxylic acids and the 9-phenyl-9-tritylone group for the protection of alcohols. Fundamental interest in the factors that affect C–X bond breaking has driven the work presented in this text for the release of carboxylic acid substrates. Product analysis from the UV photolysis of 2,2,2-tribromoethyl-(2′-phenylacetate) in various solvents results in the formation of H–atom abstraction products as well as the release of phenylacetic acid. The deprotection of alcohols is realized through the use of UV or visible light photolysis of 9-phenyl-9-tritylone ethers. Central to this study is the use of photoinduced electron transfer chemistry for the generation of ion diradicals capable of undergoing bond-breaking chemistry leading to the release of the alcohol substrates. Chapters 4 and 5 will explore the use of N-heterocyclic carbenes (NHCs) as a catalyst for the photochemical reduction of carbon dioxide. Previous experiments have demonstrated that NHCs can add to CO2 to form stable zwitterionic species known as N-heterocylic-2-carboxylates (NHC–CO2). Work presented in this text illustrate that the stability of these species is highly dependent on solvent polarity, consistent with a lengthening of the imidazolium to carbon dioxide bond (CNHC–CCO2). Furthermore, these adducts interact with excited state electron donors resulting in the generation of ion diradicals capable of converting carbon dioxide into formic acid.

Połączenia krzyżowe pochodnych cysteiny z aldehydowymi adduktami nukleozydów adeninowych

Wydział Chemii

Transport in the blood of an anti-tumor water-soluble rutheniun cyclopentadienyl complex: a fluorescence study on albumin binding

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Ligand-Free Palladium-Catalyzed Oxyarylation of Dihydronaphthal­enes and Chromenequinone with o-Iodophenols and 3-Iodolawsone in PEG-400: An Efficient Synthesis of 5-Carbapterocarpans and Pterocarpanquinones

Dihydronaphthalenes were oxyarylated with o-iodophenols, in PEG-400 at 140 or 170 °C, leading regio- and stereoselectively to 5-carbapterocarpans. By using Pd(OAc)2 (5–10 mol%) as precatalyst and Ag2CO3 (1.1 equiv) as base (conditions A), products were obtained in good to excellent chemical yields, in 5–30 minutes, irrespective of the pattern of substitution the starting materials. Alternatively, when p-hydroxyacetophenone oxime derived palladacycle (1 mol%) was used as precatalyst, and dicyclohexylamine (2 equiv) was used as base (silver-free, conditions B), the corresponding adducts were obtained in moderate to good yields, in 0.5 to 4 hours. Finally, the oxyarylation of dihydronaphthalenes­ and chromenquinone with o-iodophenols and 3-iodolawsone in PEG-400 under conditions A led regio- and stereoselectively to the formation of carbapterocarpanquinones and pterocarpanquinones in moderate yield.

Covalent Protein Adduction by Drugs of Abuse

Recreational abuse of the drugs cocaine, methamphetamine, and morphine continues to be prevalent in the United States of America and around the world. While numerous methods of detection exist for each drug, they are generally limited by the lifetime of the parent drug and its metabolites in the body. However, the covalent modification of endogenous proteins by these drugs of abuse may act as biomarkers of exposure and allow for extension of detection windows for these drugs beyond the lifetime of parent molecules or metabolites in the free fraction. Additionally, existence of covalently bound molecules arising from drug ingestion can offer insight into downstream toxicities associated with each of these drugs. This research investigated the metabolism of cocaine, methamphetamine, and morphine in common in vitro assay systems, specifically focusing on the generation of reactive intermediates and metabolites that have the potential to form covalent protein adducts. Results demonstrated the formation of covalent adduction products between biological cysteine thiols and reactive moieties on cocaine and morphine metabolites. Rigorous mass spectrometric analysis in conjunction with in vitro metabolic activation, pharmacogenetic reaction phenotyping, and computational modeling were utilized to characterize structures and mechanisms of formation for each resultant thiol adduction product. For cocaine, data collected demonstrated the formation of adduction products from a reactive arene epoxide intermediate, designating a novel metabolic pathway for cocaine. In the case of morphine, data expanded on known adduct-forming pathways using sensitive and selective analysis techniques, following the known reactive metabolite, morphinone, and a proposed novel metabolite, morphine quinone methide. Data collected in this study describe novel metabolic events for multiple important drugs of abuse, culminating in detection methods and mechanistic descriptors useful to both medical and forensic investigators when examining the toxicology associated with cocaine, methamphetamine, and morphine.

Chronic intermittent hypoxia increases rat sternohyoid muscle NADPH oxidase expression with attendant modest oxidative stress

Chronic intermittent hypoxia (CIH) causes upper airway muscle dysfunction. We hypothesized that the superoxide generating NADPH oxidase (NOX) is upregulated in CIH-exposed muscle causing oxidative stress. Adult male Wistar rats were exposed to intermittent hypoxia (5% O2 at the nadir for 90 s followed by 210 s of normoxia), for 8 h per day for 14 days. The effect of CIH exposure on the expression of NOX subunits, total myosin and 4-hydroxynonenal (4-HNE) protein adducts in sternohyoid muscle was determined by western blotting and densitometry. Sternohyoid protein free thiol and carbonyl group contents were determined by 1D electrophoresis using specific fluorophore probes. Aconitase and glutathione reductase activities were measured as indices of oxidative stress. HIF-1α content and key oxidative and glycolytic enzyme activities were determined. Contractile properties of sternohyoid muscle were determined ex vivo in the absence and presence of apocynin (putative NOX inhibitor). We observed an increase in NOX 2 and p47 phox expression in CIH-exposed sternohyoid muscle with decreased aconitase and glutathione reductase activities. There was no evidence, however, of increased lipid peroxidation or protein oxidation in CIH-exposed muscle. CIH exposure did not affect sternohyoid HIF-1α content or aldolase, lactate dehydrogenase, or glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase activities. Citrate synthase activity was also unaffected by CIH exposure. Apocynin significantly increased sternohyoid force and power. We conclude that CIH exposure upregulates NOX expression in rat sternohyoid muscle with concomitant modest oxidative stress but it does not result in a HIF-1α-dependent increase in glycolytic enzyme activity. Constitutive NOX activity decreases sternohyoid force and power. Our results implicate NOX-dependent reactive oxygen species in CIH-induced upper airway muscle dysfunction which likely relates to redox modulation of key regulatory proteins in excitation-contraction coupling.

Cartographie des cassures bicaténaires du remodelage chromatinien du spermatide et développement des outils techniques associés.

Résumé : La phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) est caractérisée par une modification importante de la structure de la chromatine et un changement de la topologie de l’ADN du spermatide. Les mécanismes par lesquels ce changement se produit ainsi que les protéines impliquées ne sont pas encore complètement élucidés. Mes travaux ont permis d’établir la présence de cassures bicaténaires transitoires pendant ce remodelage par l’essai des comètes et l’électrophorèse en champ pulsé. En procédant à des immunofluorescences sur coupes de tissus et en utilisant un extrait nucléaire hautement actif, la présence de topoisomérases ainsi que de marqueurs de systèmes de réparation a été confirmée. Les protéines de réparation identifiées font partie de systèmes sujets à l’erreur, donc cette refonte structurale de la chromatine pourrait être génétiquement instable et expliquer le biais paternel observé pour les mutations de novo dans de récentes études impliquant des criblages à haut débit. Une technique permettant l’immunocapture spécifique des cassures bicaténaires a été développée et appliquée sur des spermatides murins représentant différentes étapes de différenciation. Les résultats de séquençage à haut débit ont montré que les cassures bicaténaires (hotspots) de la spermiogenèse se produisent en majorité dans l’ADN intergénique, notamment dans les séquences LINE1, l’ADN satellite et les répétions simples. Les hotspots contiennent aussi des motifs de liaisons des protéines des familles FOX et PRDM, dont les fonctions sont entre autres de lier et remodeler localement la chromatine condensée. Aussi, le motif de liaison de la protéine BRCA1 se trouve enrichi dans les hotspots de cassures bicaténaires. Celle-ci agit entre autres dans la réparation de l’ADN par jonction terminale non-homologue (NHEJ) et dans la réparation des adduits ADN-topoisomérase. De façon remarquable, le motif de reconnaissance de la protéine SPO11, impliquée dans la formation des cassures méiotiques, a été enrichi dans les hotspots, ce qui suggère que la machinerie méiotique serait aussi utilisée pendant la spermiogenèse pour la formation des cassures. Enfin, bien que les hotspots se localisent plutôt dans les séquences intergéniques, les gènes ciblés sont impliqués dans le développement du cerveau et des neurones. Ces résultats sont en accord avec l’origine majoritairement paternelle observée des mutations de novo associées aux troubles du spectre de l’autisme et de la schizophrénie et leur augmentation avec l’âge du père. Puisque les processus du remodelage de la chromatine des spermatides sont conservés dans l’évolution, ces résultats suggèrent que le remodelage de la chromatine de la spermiogenèse représente un mécanisme additionnel contribuant à la formation de mutations de novo, expliquant le biais paternel observé pour certains types de mutations.

Development of molecular-level switches and implementation into novel nanostructures and smart materials

The work presented in this thesis deals with the design, synthesis and investigation of (supra)molecular switches, and their implementation into novel nanostructures and smart devices. Part A deals with investigation of fundamental properties of Donor Acceptor Stenhouse Adducts (DASAs) as well as their implementation into polymer matrices in order to construct novel smart materials. Part B deals with the implementation of azobenzene photoswitches into pseudorotaxanes and the investigation of the effect of light-driven isomerization on the self-assembly and disassembly processes.