酶电极的制备

酶电极是生物传感器领域发展最早，最活跃的部分，理论上有许多问题需要探索，应用上有极为广阔的领域面临开拓，本文着重于电化学信号为基础的酶电极的研究，共分以下几个部分：1、文献综述-酶电极总论。概括介绍了酶电极的概念，原理，分类及应用前景，尤其对酶电极的特点进行了较为细致的评述。2、醇脱氢酶电极的研制。通过化学交联法，将ADH固定在玻碳电极表面，使用PMS和K_3Fe(CN)_6为介体，间接测定酶促反应中生成的NADH，使测定电位大大降低，从而提高测定的重现性和选择性。3、以铁氰化钾为介体的L-乳酸传感器。以PMS和氰化钾为介体，间接测定酶促反应中生成的NADH，工作电位由+0.8V降为+0.3V vs.SEC.，酶电极的线性范围为0.08～3.0mmol/L。响应时间30s，电极具有良好的选择性与重现性。4、以铁氰化钾为介体的L-苹果酸传感器。以PMS和铁氰化钾为介体，间接测定酶促反应中生成的NADH，由于使用Zn~(2+)激活MDH，电极的响应时间大约60s，比以往报道过的L-MDH电极的响应时间要快的多。电极测定的线性范围为25～300ummol/L。电极具有良好的选择性和重现性。5、介体型双酶D-氨基酸传感器采用一步法用Eastman AQ-55同时将D-氨基酸氧化酶，辣根过氧化物酶，1，1’-二（α-羟基乙基）二茂铁固定在玻碳电极表面，操作简单，电极具有响应快，灵敏度高的特点。6、以AQ膜中沉积铂的玻碳电极为基底的葡萄糖传感器在涂有EastmanAQ的玻碳电极上，电化学沉积铂，制成AQ膜中沉积铂的化学修饰电极，用戊二醛通过化学交联法将葡萄糖氧化酶固定在修饰电极表面，制成酶电极。AQ膜的选择渗透性可以防止电活性物质如抗坏血酸，尿酸等的干扰，同时可以防止大分子物质对电极的污染。镀铂电极具有对过氧化氢响应快，灵敏度高的特点，在空气饱和的情况下，葡萄糖的测定上限可达15mmol/L，响应时间50s，电极可以使用600次。7、以Nafion修饰的镀铂电极为基底的半乳糖传感器。在镀铂的玻碳电极表面，修饰一层全氟代磺酸酯（Nafion）膜，制成基底电极。化学交联法将半乳糖氧化酶固定在基底电极表面，制成半乳糖传感器，和光亮铂电极相比，镀铂电极对过氧化氢有更高的响应。Nafion膜可以消除抗坏血酸，尿酸等对测定的干扰，提高了酶电极测定的选择性。D-半乳糖测定的线性范围为0.25～4.25mmol/L，响应时间小于30s，酶电极连续使用300次无明显的电流变化。8、以聚邻苯二胺修饰的镀铂玻碳电极为基底的葡萄糖传感器。在镀铂的玻碳电极表面，电聚合邻苯二胺，制成基底电极，化学交联法将葡萄糖氧化酶固定在基底电极表面，制成葡萄糖传感器。聚邻苯二胺膜具有选择渗透性，可以防止抗坏血酸，尿酸等电活性物质对电极表面的污染，提高了电极的选择性和使用寿命。电极保留了葡萄糖氧化酶电极灵敏度高，响应快，线性宽的优点。9、以氟离子选择电极为基底的半乳糖传感器。用戊二醛和牛血清白蛋白将半乳糖氧化酶固定在80目尼龙网上，制成酶膜，将酶膜和氟电极上起构成半乳糖传感器，当底液中含有20U/mL的辣根过氧化物酶的0.001mol/L的对氟苯酚时，该传感器可以用来测定D-半乳糖，在pH6左右，测定的线性范围为1.2 * 10~(-4) ～ 1.2 * 10~(-3) mol/L，根据底物浓度的不同，响应时间在5 ～ 8min，酶电极具有良好的重现性和选择性，电极寿命10天左右。

果蝇 virilis section 的起源和系统发育研究

果蝇 virilis section(Hsu 1949)自建立以来其合理性在果蝇系统发育中还没有得到 检验。本文以线粒体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶第二亚单位基因(ND2)全序列和细 胞色素氧化酶I 基因(COI)部分片段以及核中乙醇脱氢酶基因Adh 的编码区为遗传标 记，对virilis section 内61 个物种(13 个未发表新种),共计117 个个体进行了序列测 定。通过对单个基因和合并数据集进行简约分析，以及对合并数据集进行邻接法分析 和贝叶斯分析，本研究试图对以下问题进行探讨：(1)果蝇virilis section 的合理性。 (2)各种组间的系统关系。(3)种组内部各物种间的系统关系。(4)果蝇virilis section 的进化历史。现将主要结果总结如下： 1)分子系统学研究显示果蝇virilis section 为一个紧密相关的进化簇，为果蝇virilis section 的合理性从分子遗传学的角度提供了证据。 2)系统发育分析支持果蝇polychaeta 种组为单系群，该种组与未归类物种D. fluvialis 具有较近的亲缘关系。它们形成virilis section 中早期分化出的谱系。robusta 种组、melanica 种组、quadrisetata 种组以及新种组间关系较近。其中，robusta 种亚 组和melanica 种组关系较近；quadrisetata 种组和新种组形成姐妹群，它们形成的谱 系与robusta 种组内的okadai 种亚组关系紧密。 3) polychaeta 种组内部分为两枝，姐妹种D. polychaeta 和D. asper 组成其中一枝， 杂交实验显示它们具有非对称的交配前生殖隔离。另一枝中D. latifshahi 和D. daruma 显示了较近的亲缘关系。非洲物种D. hirtipes 与采自西双版纳的D. polychaeta X 关系 较近，提示它们可能有共同的起源。 4)合并数据集支持D. angor 种组为单系群，其中D. angor A 和D. velox 的姐妹种 关系得到较高的支持。但是该种组内部的其它物种间关系还需要进一步研究。 5) 分子系统发育分析结果清楚地表明robusta 种组属于多系发生。该种组被分为 三个种亚组：okadai 种亚组，robusta 种亚组和lacertosa 种亚组。在lacertosa 种亚组 内，D. bai 与其它成员相对远缘。okadai 种亚组的物种由于具有2n = 12 条染色体，且X 染色体为棒状，因而被认为是robusta 种组中较早分化出来的类群。但是我们的 分子数据并不支持这种观点。D. moriwakii 最初被描述为robusta 种组物种，后被订正 至melanica 种组。我们的系统发育分析显示该种与robusta 种亚组具有较近的关系， 而与melanica 种组物种的关系相对较远。除D. moriwakii 外，melanica 种组新旧大陆 物种各自形成单系。在系统树上，中国品系D. tsigana 与D. longiserrata 关系较近， 而与日本品系D. tsigana 的关系较远。杂交实验结果显示D. tsigana 中国品系和日本 品系间存在不对称的交配倾向，表明该种不同的地理群体间可能正处于分化阶段，而 中国品系则有可能已经演化为不同的物种。 6)果蝇quadrisetata 种组为单系发生，其内部分为两个明显的亚世系。第一个亚 世系包括D. sp T，D. barutani，D. potamophila 和D. spIZU；另一个亚世系包括D. beppui，D. karakasa，D. quadrisetata，D. multidentata，D. perlucida 和D. pilosa，其 中D. beppui 为该谱系中最早分化出的物种。 通过估计谱系间的分歧时间，本文推测果蝇virilis section 的祖先大约于中新世早 期起源于热带地区，virilis section 内许多物种可能栖息在旧大陆的低纬度地区，然后 通过适应性辐射扩散到各地。几乎所有的新大陆virilis section 物种是旧大陆物种通过 白令陆桥迁移到新大陆而演化形成的。

果蝇virillis section的起源和系统发育研究

果蝇vlfrlflisseetion（Hsu1949）自建立以来其合理性在果蝇系统发育中还没有得到检验。本文以线粒体烟酞胺腺嘌吟二核昔酸脱氢酶第二亚单位基因（ND2）全序列和细胞色素氧化酶I基因（COl）部分片段以及核中乙醇脱氢酶基因Adh的编码区为遗传标记，对viriltsseetion内61个物种（13个未发表新种），共计117个个体进行了序列测定。通过对单个基因和合并数据集进行简约分析，以及对合并数据集进行邻接法分析和贝叶斯分析，本研究试图对以下问题进行探讨：（1）果蝇virilisseetion的合理性。（2）各种组间的系统关系。（3）种组内部各物种间的系统关系。（4）果蝇virilissection的进化历史。现将主要结果总结如下：1）分子系统学研究显示果蝇virilissection为一个紧密相关的进化簇，为果蝇virilissection的合理性从分子遗传学的角度提供了证据。2）系统发育分析支持果蝇polychaeta种组为单系群，该种组与未归类物种D．Uvl'alis具有较近的亲缘关系。它们形成virilissection中早期分化出的谱系。robusta种组、melanica种组、quadrisetata种组以及新种组间关系较近。其中，robusta种亚组和melanica种组关系较近；quadrisetata种组和新种组形成姐妹群，它们形成的谱系与robusta种组内的。加dai种亚组关系紧密。3）polychaeta种组内部分为两枝，姐妹种D．polychaeta和D.asPer组成其中一枝，杂交实验显示它们具有非对称的交配前生殖隔离。另一枝中D.Iatshahi和D.daruma显示了较近的亲缘关系。非洲物种D．hirtiPes与采自西双版纳的D．polychaetaX关系较近，提示它们可能有共同的起源。4）合并数据集支持D．angor种组为单系群，其中D．angorA和D.velox的姐妹种关系得到较高的支持。但是该种组内部的其它物种间关系还需要进一步研究。5）分子系统发育分析结果清楚地表明robusta种组属于多系发生。该种组被分为三个种亚组：okadai种亚组，robsta种亚组和lacertosa种亚组。在laCertosa种亚组内，D.bai与其它成员相对远缘。okadai种亚组的物种由于具有2n=12条染色体，且X染色体为棒状，因而被认为是robusta种组中较早分化出来的类群。但是我们的分子数据并不支持这种观点。D.moriwakii最初被描述为robusta种组物种，后被订正至melanica种组。我们的系统发育分析显示该种与robsta种亚组具有较近的关系，而与melanica种组物种的关系相对较远。除D．moriwakii外，melanica种组新旧大陆物种各自形成单系。在系统树上，中国品系D．tsigana与D．longiserrata关系较近，而与日本品系D．tsigana的关系较远。杂交实验结果显示D．tsigana中国品系和日本品系间存在不对称的交配倾向，表明该种不同的地理群体间可能正处于分化阶段，而中国品系则有可能已经演化为不同的物种。6）果蝇quadrisetata种组为单系发生，其内部分为两个明显的亚世系。第一个亚世系包括；另，，个亚世系包括D．，其中D．beppui为该谱系中最早分化出韵物种。通过估计谱系间的分歧时间，本文推测果蝇virilissection的祖先大约于中新世早期起源于热带地区，virilissection内许多物种可能栖息在旧大陆的低纬度地区，然后通过适应性辐射扩散到各地。几乎所有的新大陆virilissection物种是旧大陆物种通过自令陆桥迁移到新大陆而演化形成的。

SRV1感染和未感染Raji细胞的某些同工酶的比较研究

为了观察猴艾滋病D型逆转录病毒I型(SRV1)感染却未感染的Raji细胞同工酶 活性的变化，用超声波破碎细胞，提取细胞内总蛋白+然后 垂直薄层聚丙烯酰胺凝肢等电聚焦 电泳对其进行酶谱分析。 以n醋酸萘酯和／或 醋酸萘酯为底物时，SRV1感染的Raji细胞近酸性端酯酶Est 1l一1 4妁 活性是未感染Raji细胞的2，2倍，提示酯酶活性的变化与病毒感染有关。SRV]感染弄口未感染Raji 细胞系的酸性磷酸酶的酶带数．pI值和酶活性无差异，二者均没有检出乳酸脱氢酶(LDH)、醇脱 氢酶(ADH)、过氧化物酶(POD)、苹果酸脱氢酶(MDH)，但有较弱的碱性磷睦酶(APH)。这些结 果提示酯酶活性的增加有可能作为SRVJ感染Raji细胞的一种指标

Highly ordered mesoporous carbons as electrode material for the construction of electrochemical dehydrogenase- and oxidase-based biosensors

In this work, the excel lent catalytic activity of highly ordered mesoporous carbons (OMCs) to the electrooxidation of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and hydrogen peroxide (H2O2) was described for the construction of electrochemical alcohol dehydrogenase (ADH) and glucose oxidase (GOD)-based biosensors.

Electrochemiluminescence detection of NADH and ethanol based on partial sulfonation of sol-gel network with gold nanoparticles

We developed a stable, sensitive electrochemiluminescence (ECL) biosensor based on the synthesis of a new sol-gel material with the ion-exchange capacity sol-gel to coimmobilize the Ru(bpy)(3)(2+) and enzyme. The partial sulfonated (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane sol-gel (PSSG) film acted as both an ion exchanger for the immobilization of Ru(bpy)(3)(2+) and a matrix to immobilize gold nanoparticles (AuNPs). The AuNPs/PSSG/Ru(bpy)(3)(2+) film modified electrode allowed sensitive the ECL detection of NADH as low as 1 nM. Such an ability of AuNPs/PSSG/Ru(bpy)(3)(2+) film to promote the electron transfer between Ru(bpy)(3)(2+) and the electrode suggested a new, promising biocompatible platform for the development of dehydrogenase-based ECL biosensors. With alcohol dehydrogenase (ADH) as a model, we then constructed an ethanol biosensor, which had a linear range of 5 mu M to 5.2 mM with a detection limit of 12 nM.

A novel alcohol dehydrogenase biosensor based on solid-state electrogenerated chemiluminescence by assembling dehydrogenase to Ru(bpy)(3)(2+)-Au nanoparticles aggregates

Based on electrogenerated chemiluminescence (ECL), a novel method for fabrication of alcohol dehydrogenase (ADH) biosensor by self-assembling ADH to Ru(bpy)(3)(2+) -AuNPs aggregates (Ru-AuNPs) on indium tin oxide (ITO) electrode surface has been developed. Positively charged Ru(bpy)(3)(2+) could be immobilized stably on the electrode surface with negatively charged AuNPs in the form of aggregate via electrostatic interaction. On the other hand, AuNPs are favourable candidates for the immobilization of enzymes because amine groups and cysteine residues in the enzymes are known to bind strongly with AuNPs. Moreover, AuNPs can act as tiny conduction centers to facilitate the transfer of electrons. Such biosensor combined enzymatic selectivity with the sensitivity of ECL detection for quantification of enzyme substrate, and it displayed wide linear range, high sensitivity and good stability.

Rôle de l’apport prénatal en acides gras oméga-3 sur le développement à long terme des fonctions visuelles chez les enfants Inuits

La consommation de poisson et de mammifères marins représente une source importante d’acides gras oméga-3 connus pour leurs effets bénéfiques sur le développement des fonctions cérébrales et notamment, sur le développement du système visuel. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle l’exposition prénatale aux acides gras oméga-3 a des effets bénéfiques à long terme, nous avons examiné les fonctions visuelles chez des enfants Inuits d’âge scolaire exposés à de grandes quantités d’oméga-3 durant la période de gestation. Des enfants Inuits (n = 136; moyenne d’âge = 11.3 ans) du nord du Québec (Nunavik) ont participé à cette étude. Un protocole de potentiels évoqués visuels (PEVs) utilisant des stimuli en couleur et en mouvement a été employé afin d’appréhender les réponses parvo- et magnocellulaires respectivement. Les concentrations d’acide docosahexaénoïque (ADH) ont été mesurées à la naissance à partir du sang de cordon ombilical et au moment du testing, reflétant ainsi les expositions pré- et post-natales. Les relations entre les niveaux sanguins d’ADH et les PEVs ont été examinées à l’aide d’analyses de régression multiples, en tenant compte des contaminants environnementaux et d’autres variables potentiellement confondantes. Aucune association significative n’a été trouvée en ce qui concerne les stimuli de mouvement. Cependant, après ajustement pour les covariables, les concentrations d’ADH à la naissance étaient associées à une latence plus courte des composantes N1 et P1 des PEVs couleur. Notre étude démontre, pour la première fois, des effets bénéfiques de l’exposition prénatale à l’ADH sur le système parvocellulaire à l’âge scolaire.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Prevention of Cardiometabolic Disease in Familial Hypercholesterolemia

L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives. Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin. En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.

Lipid Droplets in Dictyostelium discoideum

Lipid Droplets dienen zur Speicherung von Neutrallipiden wie z. B. Triglyceriden und Sterolestern. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Bildung dieser zellulären Fettspeicher in D. discoideum untersucht. Es konnte herausgefunden werden, dass Lipid Droplets entstehen, wenn die Zellen entweder in einer Suspension von Bakterien oder in Gegenwart von Palmitinsäure kultiviert werden. Die Bildung der Lipidtröpfchen wird dabei von einem schnelleren Zellwachstum, einem Anstieg des Triglyceridgehalts, einer Reduktion der Phagozytoserate und einer Abnahme des Zellvolumens begleitet. Wurde die Lipid Droplet-Bildung durch Kultivierung der Zellen mit Palmitinsäure angeregt, entsteht neben Triglyceriden noch eine weitere Verbindung, bei der es sich entweder um Fettsäureethylester oder Wachsester handelt. Eine weitere Eigenschaft von Zellen, die in Gegenwart der Palmitinsäure inkubiert wurden, ist die Fähigkeit exogene Fettsäuren schneller aufzunehmen, als normal kultivierte Zellen. Aus der vorliegenden Arbeit wurde gefolgert, dass dies durch eine zusätzliche Aufnahme der Fettsäuren über die Plasmamembran hervorgerufen wird. In Zellen, die ohne Fettsäuren inkubiert wurden, findet hingegen der Fettsäureimport über die Endosomen statt. Ein Protein, das nicht direkt am Prozess der Fettsäureaufnahme beteiligt ist, aber importierte Fettsäuren mit CoA aktiviert, ist die LC-FACS1. Aus Versuchen mit der Knockout-Mutante ging hervor, dass die aktivierten Fettsäuren, in Zellen, die zuvor mit Palmitinsäure oder Bakterien inkubiert wurden, in Triglyceride eingebaut werden. Der reduzierte Triglyceridgehalt im Knockout rief eine Erhöhung der Phagozytoserate hervor. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Lipidtröpfchen mit einem Saccharosegradienten aufgereinigt. Mit Hilfe der Massenspektrometrie konnten 281 Proteine in der Lipid Droplet-Fraktion identifiziert werden. Ein Teil dieser Proteine könnte durch die Interaktion der Lipidtröpfchen mit anderen Organellen in die Lipid Droplet-Fraktion gelangt sein und ist ebenso wenig Teil des Lipid Droplet-Proteoms wie die zytoplasmatischen Proteine, die eine Verunreinigung darstellen. Vier der zehn Proteine aus der Lipid Droplet-Fraktion, die in der vorliegenden Arbeit untersucht wurden, konnten nach Kultivierung in palmitinsäurehaltigem Medium tatsächlich auf der Oberfläche der Lipidtröpfchen beobachtet werden. Eines dieser Proteine ist LSD1. Es stellt das einzige PAT-Protein in D. discoideum dar und gehört der Kategorie der CPATs an. Analog zu Perilipin/PLIN1 und Adipophilin/PLIN2 könnte LSD1 eine Schutzfunktion der Lipid Droplets vor zytoplasmatischen Lipasen haben. Neben DdLSD1 konnten auch die Proteine ADH und ALI auf den Lipidtröpfchen lokalisiert werden. Bei beiden handelt es sich um 17beta-Hydroxysteroid-Dehydrogenasen - Proteine, die eine Funktion im Lipid- oder Fettsäuremetabolismus besitzen können. Das Protein SMT katalysiert die C24-Methylierung des Sterolgerüsts in D. discoideum und war nach Inkubation der Zellen mit exogenen Fettsäuren ebenfalls auf den Lipid Droplets zu beobachten.

Phylogeographie und Populationsgenetik der Arten der Gattung Fosterella (Bromeliaceae) in den südamerikanischen Anden

Die tropischen Anden sind eines der artenreichsten Gebiete der Erde. Fast die Hälfte der 45.000 in diesem Gebiet vorkommenden Gefäßpflanzenarten sind in den Anden endemisch (Myers et al. 2000). Die Gattung Fosterella (Bromeliaceae) ist eine den Anden zugeordnete Pflanzengruppe, denn die meisten ihrer 31 Arten kommen in den Anden vor. Achtzehn Arten sind kleinräumige Endemiten. Fosterella hat damit Modellcharakter für diese Region. In der vorliegenden Arbeit wurde die Evolution der Gattung in Raum und Zeit mithilfe der vergleichenden Sequenzierung von sechs plastidären Loci (atpB-rbcL, matK, psbB-psbH, rpl32-trnL, rps16-trnK, rps16-Intron) und einem nukleären Marker (PHYC) untersucht. Es wurden über 90 Akzessionen von 24 Fosterella-Arten untersucht. Mit 5,6 % informativer Merkmale innerhalb der Gattung war rpl32-trnL der informativste Chloroplastenmarker. Es wurden mit den kombinierten Sequenzdaten eine Maximum Parsimony-, eine Maximum Likelihood- und eine Bayes´sche Analyse berechnet. Weiterhin wurden biogeographische und ultrametrische Untersuchungen durchgeführt. Die 6-Locus-Phylogenie zeigt eine Aufteilung der monophyletischen Gattung Fosterella in sechs Gruppen, von denen vier – die penduliflora-, weddelliana-, weberbaueri- und micrantha-Gruppe - klar monophyletisch und gut gestützt sind. Die albicans- und die rusbyi-Gruppe bilden hingegen einen Komplex. Ultrametrische Analysen legen ein Alter der Gattung von ca. 9,6 Mio. Jahren nahe. Der geographische Ursprung von Fosterella befindet sich nach den vorliegenden biogeographischen Analysen in den Anden und nach der Biom-Analyse zu gleicher Wahrscheinlichkeit entweder in andinen Trockenwäldern (seasonally dry tropical forests, SDTFs) oder in azonalen Standorten des amazonischen Tieflands östlich der Anden. Es gab mehrere Ausbreitungsereignisse, von denen die beiden Fernausbreitungsereignisse nach Mittelamerika (F. micrantha) und in das zentrale Amazonasgebiet (F. batistana) die auffälligsten sind. Die feuchten Bergregenwälder (Yungas) der Anden wurden offenbar mehrfach unabhängig von Fosterella-Arten besiedelt. Insgesamt wurden elf nukleäre Marker (XDH, GS, RPB2, MS, ADH, MS, GLO/PI, CHS, FLO/LFY, NIAi3 und PHYC) auf ihre Anwendbarkeit für molekularsystematische Studien in Fosterella getestet. Davon konnten acht Marker erfolgreich mithilfe einer PCR amplifiziert werden. Die Fragmentgrößen lagen zwischen 350 bp und 1.500 bp. Nur für drei Loci (FLO/LFY, NIAi3 und PHYC) konnten lesbare DNA-Sequenzen in Fosterella erzeugt werden. FLO/LFY zeigte nur 1,5 % Variabilität innerhalb der Gattung. Der NIA-Locus erzeugte bei der Amplifikation mehrere Fragmente, die separat voneinander sequenziert wurden. Der Locus PHYC konnte hingegen aufgrund der guten Amplifizier- und Sequenzierbarkeit für das gesamte Probenset sequenziert werden. Dieser Marker zeigte eine Variabilität innerhalb der Gattung von 10,2 %, davon waren 6,8 % informativ. In der Phylogenie basierend auf PHYC ist Fosterella klar monophyletisch, innerhalb der Gattung zeigt sich jedoch an der Basis eine unaufgelöste Polytomie. Es lassen sich neun mehr oder weniger gut gestützte Artengruppen definieren – rusbyi-, villosula-, albicans-, weddelliana-, penduliflora-, weberbaueri-, micrantha-, robertreadii- und spectabilis-Gruppe - die sich in ihrer Zusammensetzung mit Ausnahme der weddelliana-Gruppe von den nach Chloroplastendaten definierten Gruppen unterscheiden. Viele Arten sind para- oder polyphyletisch, so z. B. F. albicans, F. penduliflora und F. rusbyi. Bei den beiden erstgenannten Arten weisen die unterschiedlichen Stellungen in Chloroplasten- und Kernphylogenie auf Hybridisierungsereignisse hin.

Characterization of Lipid Droplets and Functional Analysis of Lipid Droplet-Associated Proteins in Dictyostelium discoideum

Lipid droplets (LDs) are the universal storage form of fat as a reservoir of metabolic energy in animals, plants, bacteria and single celled eukaryotes. Dictyostelium LD formation was investigated in response to the addition of different nutrients to the growth medium. LDs were induced by adding exogenous cholesterol, palmitic acid (PA) as well as growth in bacterial suspension, while glucose addition fails to form LDs. Among these nutrients, PA addition is most effective to stimulate LD formation, and depletion of PA from the medium caused LD degradation. The neutral lipids incorporated into the LD-core are composed of triacylglycerol (TAG), steryl esters, and an unknown neutral lipid (UKL) species when the cells were loaded simultaneously with cholesterol and PA. In order to avoid the contamination with other cellular organelles, the LD-purification method was modified. The isolated LD fraction was analysed by mass spectrometry and 100 proteins were identified. Nineteen of these appear to be directly involved in lipid metabolism or function in regulating LD morphology. Together with a previous study, a total of 13 proteins from the LD-proteome were confirmed to localize to LDs after the induction with PA. Among the identified LD-proteins, the localization of Ldp (lipid droplet membrane protein), GPAT3 (glycerol-3-phosphate acyltransferase 3) and AGPAT3 (1-acylglycerol-3-phosphate-acyltransferase 3) were further verified by GFP-tagging at the N-termini or C-termini of the respective proteins. Fluorescence microscopy demonstrated that PA-treatment stimulated the translocation of the three proteins from the ER to LDs. In order to clarify DGAT (diacylglycerol acyltransferase) function in Dictyostelium, the localization of DGAT1, that is not present in LD-proteome, was also investigated. GFP-tagged DGAT1 localized to the ER both, in the presence and absence of PA, which is different from the previously observed localization of GFP-tagged DGAT2, which almost exclusively binds to LDs. The investigation of the cellular neutral lipid level helps to elucidate the mechanism responsible for LD-formation in Dictyostelium cells. Ldp and two short-chain dehydrogenases, ADH (alcohol dehydrogenase) and Ali (ADH-like protein), are not involved in neutral lipid biosynthesis. GPAT, AGPAT and DGAT are three transferases responsible for the three acylation steps of de novo TAG synthesis. Knock-out (KO) of AGPAT3 and DGAT2 did not affect storage-fat formation significantly, whereas cells lacking GPAT3 or DGAT1 decreased TAG and LD accumulation dramatically. Furthermore, DGAT1 is responsible for the accumulation of the unknown lipid UKL. Overexpression of DGAT2 can rescue the reduced TAG content of the DGAT1-KO mutant, but fails to restore UKL content in these cells, indicating that of DGAT1 and DGAT2 have overlapping functions in TAG synthesis, but the role in UKL formation is unique to DGAT1. Both GPAT3 and DGAT1 affect phagocytic activity. Mutation of GPAT3 increases it but a DGAT1-KO decreases phagocytosis. The double knockout of DGAT1 and 2 also impairs the ability to grow on a bacterial lawn, which again can be rescued by overexpression of DGAT2. These and other results are incorporated into a new model, which proposes that up-regulation of phagocytosis serves to replenish precursor molecules of membrane lipid synthesis, whereas phagocytosis is down-regulated when excess fatty acids are used for storage-fat formation.  

Equilibrio de poderes y libertad en Montesquieu. Una mirada a la tentativa de asignación de status político a los paramilitares durante los procesos de desmovilización en Colombia. Periodo 2002-2010

La presente monografía propone retomar la teoría clásica de equilibrio de poderes y libertad de Montesquieu y examinar su vigencia. Para ello, como objetivo se buscó establecer de qué manera la tentativa de asignación de status político a los paramilitares, durante los procesos de desmovilización entre los años 2002 – 2010, afectó el equilibrio de poderes y la libertad política en Colombia en términos de Montesquieu. Se formula que, pese a un efectivo resguardo de la condición de equilibrio de poderes en el ámbito estatal, la existencia de determinados factores de orden social amenazó la libertad política de los ciudadanos por cuanto la misma se complementa con una condición de seguridad. Se encontró que los planteamientos del autor francés se aplican en sus términos más esenciales para efectuar análisis situacionales, independientemente de su dimensión temporal, algo propio de las teorías clásicas en las disciplinas académicas.