Études du métabolisme cérébral et musculaire lors d'une insuffisance hépatique aiguë : implications pour de nouvelles stratégies thérapeutiques

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Integrase mutants defective for interaction with LEDGF/p75 are impaired in chromosome tethering and HIV-1 replication

The insertion of a DNA copy of its RNA genome into a chromosome of the host cell is mediated by the viral integrase with the help of mostly uncharacterized cellular cofactors. We have recently described that the transcriptional co-activator LEDGF/p75 strongly interacts with HIV-1 integrase. Here we show that interaction of HIV-1 integrase with LEDGF/p75 is important for viral replication. Using multiple approaches including two-hybrid interaction studies, random and directed mutagenesis, we could demonstrate that HIV-1 virus harboring a single mutation that disrupts integrase-LEDGF/p75 interaction, resulted in defective HIV-1 replication. Furthermore, we found that LEDGF/p75 tethers HIV-1 integrase to chromosomes and that this interaction may be important for the integration process and the replication of HIV-1.

Insight into the mechanism of galactokinase: role of a critical glutamate residue and helix/coil transitions

Galactokinase, the enzyme which catalyses the first committed step in the Leloir pathway, has attracted interest due to its potential as a biocatalyst and as a possible drug target in the treatment of type I galactosemia. The mechanism of the enzyme is not fully elucidated. Molecular dynamics (MD) simulations of galactokinase with the active site residues Arg-37 and Asp-186 altered predicted that two regions (residues 174-179 and 231-240) had different dynamics as a consequence. Interestingly, the same two regions were also affected by alterations in Arg-105, Glu-174 and Arg- 228. These three residues were identified as important in catalysis in previous computational studies on human galactokinase. Alteration of Arg-105 to methionine resulted in a modest reduction in activity with little change in stability. When Arg-228 was changed to methionine, the enzyme’s interaction with both ATP and galactose was affected. This variant was significantly less stable than the wild-type protein. Changing Glu-174 to glutamine (but not to aspartate) resulted in no detectable activity and a less stable enzyme. Overall, these combined in silico and in vitro studies demonstrate the importance of a negative charge at position 174 and highlight the critical role of the dynamics in to key regions of the protein. We postulate that these regions may be critical for mediating the enzyme’s structure and function. 

Modifications neurométaboliques et microstructurales à la suite d'une commotion cérébrale chez les athlètes féminines.

L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.

Novel inhibitors of the tRNA-dependent amidotransferase of "Helicobacter pylori": Peptides generated by phage display and dipeptide-like compounds

Cette thèse présente la découverte de nouveaux inhibiteurs de l’amidotransférase ARNt-dépendante (AdT), et résume les connaissances récentes sur la biosynthèse du Gln-ARNtGln et de l’Asn-ARNtAsn par la voie indirecte chez la bactérie Helicobacter pylori. Dans le cytoplasme des eucaryotes, vingt acides aminés sont liés à leur ARNt correspondant par vingt aminoacyl-ARNt synthétases (aaRSs). Ces enzymes sont très spécifiques, et leur fonction est importante pour le décodage correct du code génétique. Cependant, la plupart des bactéries, dont H. pylori, sont dépourvues d’asparaginyl-ARNt synthétase et/ou de glutaminyl-ARNt synthétase. Pour former le Gln-ARNtGln, H. pylori utilise une GluRS noncanonique nommée GluRS2 qui glutamyle spécifiquement l’ARNtGln ; ensuite, une AdT trimérique, la GatCAB corrige le Glu-ARNtGln mésapparié en le transamidant pour former le Gln-ARNtGln, qui lira correctement les codons glutamine pendant la biosynthèse des protéines sur les ribosomes. La formation de l’Asn-ARNtAsn est similaire à celle du Gln-ARNtGln, et utilise la même GatCAB et une AspRS non-discriminatrice. Depuis des années 2000, la GatCAB est considérée comme une cible prometteuse pour le développement de nouveaux antibiotiques, puisqu’elle est absente du cytoplasme de l’être humain, et qu’elle est encodée dans le génome de plusieurs bactéries pathogènes. Dans le chapitre 3, nous présentons la découverte par la technique du « phage display » de peptides cycliques riches en tryptophane et en proline, et qui inhibent l’activité de la GatCAB de H. pylori. Les peptides P10 (CMPVWKPDC) et P9 (CSAHNWPNC) inhibent cette enzyme de façon compétitive par rapport au substrat Glu-ARNtGln. Leur constante d’inhibition (Ki) est 126 μM pour P10, et 392 μM pour P9. Des modèles moléculaires ont montré qu’ils lient le site actif de la réaction de transmidation catalysée par la GatCAB, grâce à la formation d’une interaction π-π entre le résidu Trp de ces peptides et le résidu Tyr81 de la sous-unité GatB, comme fait le A76 3’-terminal de l’ARNt. Dans une autre étude concernant des petits composés contenant un groupe sulfone, et qui mimiquent l’intermédiaire de la réaction de transamidation, nous avons identifié des composés qui inhibent la GatCAB de H. pylori de façon compétitive par rapport au substrat Glu-ARNtGln. Cinq fois plus petits que les peptides cycliques mentionnés plus haut, ces composés inhibent l’activité de la GatCAB avec des Ki de 139 μM pour le composé 7, et de 214 μM pour le composé 4. Ces inhibiteurs de GatCAB pourraient être utiles pour des études mécanistiques, et pourraient être des molécules de base pour le développement de nouvelles classes d’antibiotiques contre des infections causées par H. pylori.

Potencial fisiológico de sementes de soja enriquecidas com molibdênio no armazenamento e sua influência na atividade de enzimas do metabolismo do nitrogênio

Molybdenum is one of the essential micronutrients for soybeans, acting directly on nitrogen metabolism as enzyme cofactor of nitrogenase. Usually, this nutrient is supplied to the plants through seed treatment or foliar application. The aim of this study was to evaluate the molybdenum effects by foliar in the physiological potential of soybean seeds and verify its interference in the enzyme activities involved in nitrogen metabolism. Soybean seeds of BMX Turbo cultivar were used, produced in Erechim, RS, harvest 2013, from plants treated with the following Mo concentrations: 0; 25; 50 and 75 g ha-1, supplied through two commercial products (Biomol and Molybdate) and stored during 0 and 6 months in uncontrolled conditions. The first experiment was conducted in Seedtes Seed Analysis Laboratory in Pato Branco, PR. The used design was completely randomized in a factorial analysis 4 x 2 x 2 with four replications each. The physiological potential of the seeds was evaluated by the germination test, seedling growth, accelerated aging and emergence on the soil. The second experiment was conducted in a greenhouse, where the seeds derived from treatments with different concentrations of Mo: 0; 25; 50 and 75 g ha-1 supplied through two commercial products (Biomol and Molybdate) were grown in vases. The used design was completely randomized in a factorial analysis 4 x 2 with four replications. Evaluations were performed when the plants reached the R1 phenological stage concerning the nodulation, dry matter of root and shoot of the plants and the determination of the activity of the enzymes glutamine synthetase and glutamate synthetase and the content of total soluble proteins. The data were submitted to variance analysis and when significant they were assessed by Tukey’s test for comparison of products and seed storage and with regression study to the concentrations at 5% probability. Analyses were performed using SISVAR statistical software. The soybean seed storage under uncontrolled conditions affected the seed vigour produced with Mo, regardless of the commercial product used during production. The application of Mo through foliar positively influences the production of soya beans which presented increasing responses in the germination and vigour with the application of Mo above 25 g ha-1 . The enrichment of Mo through foliar did not affect the nodulation of plants of the next generation, however, the use of Mo above 25 g ha-1 provided an increase in the activity of enzymes involved in nitrogen metabolism as well as on the total protein content.

In vitro expansion of U87-MG human glioblastoma cells under hypoxic conditions affects glucose metabolism and subsequent in vivo growth

International audience

Regulação coordenada da mobilização de lipídios e proteínas por hormônios, fontes de carbono e nitrogênio durante o crescimento pós-germinativo em Girassol

The mobilization of food reserves in storage tissues and allocation of their hydrolysis products in the growing axis are critical processes for the establishment of seedlings after germination. Therefore, it is crucial for mobilization of reserves to be synchronized with the growing axis, so that photosynthetic activity can be started before depletion of reserves. For this, integrative approaches involving different reserves, different hydrolysis products and interaction between storage and growing axis tissues, either through hormones or metabolites with signaling role, can contribute greatly to the elucidation of the regulation mechanisms for reserve mobilization. In this study, was hypothesized that hormones and metabolites have different actions on reserve mobilization, and there must be a crossed effect of sugars on the mobilization of proteins and amino acids on lipids and starch mobilization in sunflower seedlings. This study was conducted with seeds of sunflower (Helianthus annuus L.) hybrid Helio 253 using in vitro culture system. Seeds were germinated on Germitest® paper and grown on agar-water 4 g/L without addition of nutrients during 9 days after imbibition (DAI) for growth curve. To verify the effect of metabolites and hormones, seedlings were transferred in the 2nd DAI to agar-water 4 g/L supplemented with increasing concentrations of sucrose or L-glutamine, abscisic acid, gibberellic acid or indolebutyric acid. The results of this study confirm that the mobilization of lipids and storage proteins occurs in a coordinated manner during post-germination growth in sunflower, corroborating the hypothesis that the application of external carbon (sucrose) and nitrogen (L-glutamine) sources can delay the mobilization of these reserves in a crossed way. Moreover, considering the changes in the patterns of reserve mobilization and partition of their products in seedlings treated with different growth regulators, it is evident that the effects of metabolites and hormones must involve, at least in part, distinct mechanisms of action

Modifications neurométaboliques et microstructurales à la suite d'une commotion cérébrale chez les athlètes féminines

L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.

Surgical infection and malnutrition

Background: Malnutrition in surgical patients is associated with delayed recovery, higher rates of morbidity and mortality, prolonged hospital stay, increased healthcare costs and a higher early re-admission rate. Methods: Data synthesis after review of pertinent literature. Results: The aetiology of malnutrition is multifactorial. In cancer patients, there is an abnormal peripheral glucose disposal, gluconeogenesis, and whole-body glucose turnover. Malnourished cancer patients undergoing major operations are at significant risk from perioperative complications such as infectious complications. Surgical aggression generates an inflammatory response which worsens intermediary metabolism. Conclusions: Nutritional evaluation and nutritional support must be performed in all surgical patients, in order to minimize infectious complications. Enteral nutrition early in the postoperative period is effective and well tolerated reducing infectious complications, improving wound healing and reducing length of hospital stay. Pharmaconutrition is indicated in those patients, who benefit from enteral administration of arginine, omega 3 and RNA, as well as parenteral glutamine supplementation. When proximal sutures are used, tubes allowing early jejunal feeding should be used.

Potential protective role of reactive astrocytes in the periventricular parenchyma in congenital hydrocephalus

Background Cerebrospinal fluid accumulation in hydrocephalus produces an elevation of intraventricular pressure with pathological consequences on the periventricular brain parenchyma including ischemia, oedema, oxidative stress, and accumulation of metabolic waste products. Here we studied in the hyh mouse, an animal model of congenital hydrocephalus, the role of reactive astrocytes in this clinical degenerative condition. Materials and Methods Wild type and hydrocephalic hyh mice at 30 days of postnatal age were used. Three metabolites related to the oxidative and neurotoxic conditions were analysed in ex vivo samples (glutathione, glutamine and taurine) using High Resolution Magic Angle Spinning (HR-MAS). Glutathione synthetase and peroxidase, glutamine synthetase, kidney-type glutaminase (KGA), and taurine/taurine transporter were immunolocated in brain sections. Results Levels of the metabolites were remarkably higher in hydrocephalic conditions. Glutathione peroxidase and synthetase were both detected in the periventricular reactive astrocytes and neurons. Taurine was mostly found free in the periventricular parenchyma and in the reactive astrocytes, and the taurine transporter was mainly present in the neurons located in such regions. Glutamine synthetase was found in reactive astrocytes. Glutaminase was also detected in the reactive astrocytes and in periventricular neurons. These results suggest a possible protective response of reactive astrocytes against oxidative stress and neurotoxic conditions. Conclusions Astrocyte reaction seems to trigger an anti-oxidative and anti-neurotoxic response in order to ameliorate pathological damage in periventricular areas of the hydrocephalic mice.

Positive biocompatibility of nanocrystalline glass-like carbon thin films

The interest in carbon nanomaterials with high transparency and electrical conductivity has grown within the last decade in view of a wide variety of applications, including biocompatible sensors, diagnostic devices and bioelectronic implants. The aim of this work is to test the biocompatibility of particular nanometer-thin nanocrystalline glass-like carbon films (NGLC), a disordered structure of graphene flakes joined by carbon matrix (Romero et al., 2016). We used a cell line (SN4741) from substantia nigra dopaminergic cells derived from transgenic mouse embryo cells (Son et al., 1999). Some cells were cultured on top of NGLC films (5, 20 and 80 nm) and other with NGLC nanoflakes (approx. 5-10 mm2) in increasing concentrations: 1, 5, 10, 20 and 50 μg/ml, during 24 h, 3 days and 7 days. Cells growing in normal conditions were defined under culture with DMEM supplemented with 10% FCS, Glucose (0,6%), penicillin-streptomycin (50U/ml) and L-glutamine (2mM) at 5%CO2 humidified atmosphere. Nanoflakes were resuspended in DMEM at the stock concentration (2 g/l). The experiments were conducted in 96 well plates (Corning) using 2500 cells per well. For MTT analysis, the manufacturer recommendations were followed (Roche, MTT kit assay): a positive control with a 10% Triton X-100 treatments (15 minutes) and a negative control without neither Triton X-100 nor NGLC. As apoptosis/necrosis assay we used LIVE/DEAD® Viability/Cytotoxicity Assay Kit (Invitrogen). In a separate experiment, cells were cultured on top of the NGLC films for 7 days. Primary antibodies: anti-synaptophysin (SYP, clone SY38, Chemicon) and goat anti-GIRK2 (G-protein-regulated inward-rectifier potassium channel 2 protein) (Abcom) following protocol for immunofluorescence. WB for proteins detection performed with a polyclonal anti-rabbit proliferating cell nuclear antigen (PCNA). Results demonstrated the biocompatibility with different concentration of NGLC varying the degree of survival from a low concentration (1 mg/ml) in the first 24 h to high concentrations (20-50 g/ml) after 7 days as it is corroborated by the PCNA analysis. Cells cultured on top of the film showed after 7 days axonal-like alignment and edge orientation as well as net-like images. Neuronal functionality was demonstrated to a certain extent through the analysis of coexistence between SYP and GIRK2. In conclusion, this nanomaterial could offer a powerful platform for biomedical applications such as neural tissue engineering

Effects of down-regulating ornithine decarboxylase upon putrescine-associated metabolism and growth in Nicotiana tabacum L.

Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. homozygous for an RNAi construct designed to silence ornithine decarboxylase (ODC) had significantly lower concentrations of nicotine and nornicotine, but significantly higher concentrations of anatabine, compared with vector-only controls. Silencing of ODC also led to significantly reduced concentrations of polyamines (putrescine, spermidine and spermine), tyramine and phenolamides (caffeoylputrescine and dicaffeoylspermidine) with concomitant increases in concentrations of amino acids ornithine, arginine, aspartate, glutamate and glutamine. Root transcript levels of S-adenosyl methionine decarboxylase, S-adenosyl methionine synthase and spermidine synthase (polyamine synthesis enzymes) were reduced compared with vector controls, whilst transcript levels of arginine decarboxylase (putrescine synthesis), putrescine methyltransferase (nicotine production) and multi-drug and toxic compound extrusion (alkaloid transport) proteins were elevated. In contrast, expression of two other key proteins required for alkaloid synthesis, quinolinic acid phosphoribosyltransferase (nicotinic acid production) and a PIP-family oxidoreductase (nicotinic acid condensation reactions), were diminished in roots of odc-RNAi plants relative to vector-only controls. Transcriptional and biochemical differences associated with polyamine and alkaloid metabolism were exacerbated in odc-RNAi plants in response to different forms of shoot damage. In general, apex removal had a greater effect than leaf wounding alone, with a combination of these injury treatments producing synergistic responses in some cases. Reduced expression of ODC appeared to have negative effects upon plant growth and vigour with some leaves of odc-RNAi lines being brittle and bleached compared with vector-only controls. Together, results of this study demonstrate that ornithine decarboxylase has important roles in facilitating both primary and secondary metabolism in Nicotiana.

Mechanisms of Chloroperoxidase-catalyzed Enantioselective Reactions as Probed by Site-directed Mutagenesis and Isotopic Labeling

Chloroperoxidase (CPO) is a heme-containing glycoprotein secreted by the marine fungus Caldariomyces fumago. Chloroperoxidase contains one ferriprotoporphyrin IX prosthetic group per molecule and catalyzes a variety of reactions, such as halogenation, peroxidation and epoxidation. The versatile catalytic activities of CPO coupled with the increasing demands for chiral synthesis have attracted an escalating interest in understanding the mechanistic and structural properties of this enzyme. In order to better understand the mechanisms of CPO-catalyzed enantioselective reactions and to fine-tune the catalytic properties of chloroperoxidase, asparagine 74 (N74) located in the narrow substrate access channel of CPO was replaced by a bulky, nonpolar valine and a polar glutamine using site-directed mutagenesis. The CPO N74 mutants displayed significantly enhanced activity toward nonpolar substrates compared to wild-type CPO as a result of changes in space and polarity of the heme distal environment. More interestingly, N74 mutants showed dramatically decreased chlorination and catalase activity but significantly enhanced epoxidation activity as a consequence of improved kinetic perfection introduced by the mutation as reflected by the favorable changes in kcat and kcat/KM of these reactions. It is also noted that the N74V mutant is capable of decomposing cyanide, the most notorious poison for many hemoproteins, as judged by the unique binding behavior of N74V with potassium cyanide. Histidine 105 (H105) was replaced by a nonpolar amino acid alanine using site-directed mutagenesis. The CPO H105 mutant (H105A) displayed dramatically decreased chlorination and catalase activity possibly because of the decreased polarity in the heme distal environment and loss of the hydrogen bonds between histidine 105 and glutamic acid 183. However, significantly increased enantioselectivity was observed for the epoxidation of bulky styrene derivatives. Furthermore, my study provides strong evidence for the proposed histidine/cysteine ligand switch in chloroperoxidase, providing experimental support for the structure of the 420-nm absorption maximum for a number of carbon monoxide complexes of heme-thiolate proteins. For the NMR study, [dCPO(heme)] was produced using 90% deuterated growth medium with excess heme precursors and [dCPO(Phe)] was grown in the same highly deuterated medium that had been supplemented with excess natural phenylalanine. To make complete heme proton assignments, NMR spectroscopy has been performed for high-resolution structural characterization of [dCPO(heme)] and [dCPO(Phe)] to achieve unambiguous and complete heme proton assignments, which also allows important amino acids close to the heme active center to be determined.

New trends in food science: the use of nutraceuticals as an antiinflammatory therapeutic tool in exercise

Prolonged high-intensity training seems to result in increased systemic inflammation, which might explain muscle injury, delayed onset muscle soreness, and overtraining syndrome in athletes. Furthermore, an impaired immune function caused by strenuous exercise leads to the development of upper respiratory tract infections in athletes. Nutraceuticals might help counteract these performance-lowering effects. The use of nanotechnology is an interesting alternative to supply athletes with nutraceuticals, as many of these substances are insoluble in water and are poorly absorbed in the digestive tract. The present chapter starts with a brief review of the effects of exercise on immunity, followed by an analysis on how nutraceuticals such as omega-3 fatty acids, glutamine, BCAAs, or phytochemicals can counteract negative effects of strenuous exercise in athletes. Finally, how nanostructured delivery systems can constitute a new trend in enhancing bioavailability and optimizing the action of nutraceuticals will be discussed, using the example of food beverages.