Networking of differentially expressed genes in human cancer cells resistant to methotrexate

BACKGROUND: The need for an integrated view of data obtained from high-throughput technologies gave rise to network analyses. These are especially useful to rationalize how external perturbations propagate through the expression of genes. To address this issue in the case of drug resistance, we constructed biological association networks of genes differentially expressed in cell lines resistant to methotrexate (MTX). METHODS: Seven cell lines representative of different types of cancer, including colon cancer (HT29 and Caco2), breast cancer (MCF-7 and MDA-MB-468), pancreatic cancer (MIA PaCa-2), erythroblastic leukemia (K562) and osteosarcoma (Saos-2), were used. The differential expression pattern between sensitive and MTX-resistant cells was determined by whole human genome microarrays and analyzed with the GeneSpring GX software package. Genes deregulated in common between the different cancer cell lines served to generate biological association networks using the Pathway Architect software. RESULTS: Dikkopf homolog-1 (DKK1) is a highly interconnected node in the network generated with genes in common between the two colon cancer cell lines, and functional validations of this target using small interfering RNAs (siRNAs) showed a chemosensitization toward MTX. Members of the UDP-glucuronosyltransferase 1A (UGT1A) family formed a network of genes differentially expressed in the two breast cancer cell lines. siRNA treatment against UGT1A also showed an increase in MTX sensitivity. Eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (EEF1A1) was overexpressed among the pancreatic cancer, leukemia and osteosarcoma cell lines, and siRNA treatment against EEF1A1 produced a chemosensitization toward MTX. CONCLUSIONS: Biological association networks identified DKK1, UGT1As and EEF1A1 as important gene nodes in MTX-resistance. Treatments using siRNA technology against these three genes showed chemosensitization toward MTX.

Rapamycin-mediated FOXO1 inactivation reduces the anticancer efficacy of rapamycin.

BACKGROUND: Mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitors such as rapamycin have shown modest effects in cancer therapy due in part to the removal of a negative feedback loop leading to the activation of the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt (PI3K/Akt) signaling pathway. In this report, we have investigated the role of FOXO1, a downstream substrate of the PI3K/Akt pathway in the anticancer efficacy of rapamycin. MATERIALS AND METHODS: Colon cancer cells were treated with rapamycin and FOXO1 phosphorylation was determined by Western blot. Colon cancer cells transfected with a constitutively active mutant of FOXO1 or a control plasmid were treated with rapamycin and the antiproliferative efficacy of rapamycin was monitored. RESULTS: Rapamycin induced the phosphorylation of FOXO1 as well as its translocation from the nucleus to the cytoplasm, leading to FOXO1 inactivation. The expression of an active mutant of FOXO1 in colon cancer cells potentiated the antiproliferative efficacy of rapamycin in vitro and its antitumor efficacy in vivo. CONCLUSION: Taken together these results show that rapamycin-induced FOXO1 inactivation reduces the antitumor efficacy of rapamycin.

Aquaporin 3 (AQP3) participates in the cytotoxic response to nucleoside-derived drugs

Background: Nucleoside analogs used in the chemotherapy of solid tumors, such as the capecitabine catabolite50-deoxy-5-fluorouridine (50-DFUR) trigger a transcriptomic response that involves the aquaglyceroporin aquaporin 3 along with other p53-dependent genes. Here, we examined whether up-regulation of aquaporin 3 (AQP3) mRNA incancer cells treated with 50-DFUR represents a collateral transcriptomic effect of the drug, or conversely, AQP3participates in the activity of genotoxic agents. Methods: The role of AQP3 in cell volume increase, cytotoxicity and cell cycle arrest was analyzed using loss-of-function approaches. Results: 50-DFUR and gemcitabine, but not cisplatin, stimulated AQP3 expression and cell volume, which was partially and significantly blocked by knockdown of AQP3. Moreover, AQP3 siRNA significantly blocked other effects of nucleoside analogs, including G1/S cell cycle arrest, p21 and FAS up-regulation, and cell growth inhibition. Short incubations with 5-fluorouracil (5-FU) also induced AQP3 expression and increased cell volume, and the inhibition of AQP3 expression significantly blocked growth inhibition triggered by this drug. To further establish whether AQP3 induction is related to cell cycle arrest and apoptosis, cells were exposed to long incubations with escalating doses of 5-FU. AQP3 was highly up-regulated at doses associated with cell cycle arrest, whereas at doses promoting apoptosis induction of AQP3 mRNA expression was reduced. Conclusions: Based on the results, we propose that the aquaglyceroporin AQP3 is required for cytotoxic activity of 5’-DFUR and gemcitabine in the breast cancer cell line MCF7 and the colon adenocarcinoma cell line HT29, and is implicated in cell volume increase and cell cycle arrest.

Aquaporin 3 (AQP3) participates in the cytotoxic response to nucleoside-derived drugs

Background: Nucleoside analogs used in the chemotherapy of solid tumors, such as the capecitabine catabolite50-deoxy-5-fluorouridine (50-DFUR) trigger a transcriptomic response that involves the aquaglyceroporin aquaporin 3 along with other p53-dependent genes. Here, we examined whether up-regulation of aquaporin 3 (AQP3) mRNA incancer cells treated with 50-DFUR represents a collateral transcriptomic effect of the drug, or conversely, AQP3participates in the activity of genotoxic agents. Methods: The role of AQP3 in cell volume increase, cytotoxicity and cell cycle arrest was analyzed using loss-of-function approaches. Results: 50-DFUR and gemcitabine, but not cisplatin, stimulated AQP3 expression and cell volume, which was partially and significantly blocked by knockdown of AQP3. Moreover, AQP3 siRNA significantly blocked other effects of nucleoside analogs, including G1/S cell cycle arrest, p21 and FAS up-regulation, and cell growth inhibition. Short incubations with 5-fluorouracil (5-FU) also induced AQP3 expression and increased cell volume, and the inhibition of AQP3 expression significantly blocked growth inhibition triggered by this drug. To further establish whether AQP3 induction is related to cell cycle arrest and apoptosis, cells were exposed to long incubations with escalating doses of 5-FU. AQP3 was highly up-regulated at doses associated with cell cycle arrest, whereas at doses promoting apoptosis induction of AQP3 mRNA expression was reduced. Conclusions: Based on the results, we propose that the aquaglyceroporin AQP3 is required for cytotoxic activity of 5’-DFUR and gemcitabine in the breast cancer cell line MCF7 and the colon adenocarcinoma cell line HT29, and is implicated in cell volume increase and cell cycle arrest.

Coffee polyphenols change the expression of STAT5b and ATF-2 modifying cyclin D1 levels in cancer cells

Background: Epidemiological studies suggest that coffee consumption reduces the risk of cancer, but the molecular mechanisms of its chemopreventive effects remain unknown. Objective: To identify differentially expressed genes upon incubation of HT29 colon cancer cells with instant caffeinated coffee (ICC) or caffeic acid (CA) using whole genome microarrays. Results: ICC incubation of HT29 cells caused the overexpression of 57 genes and the underexpression of 161, while CA incubation induced the overexpression of 12 genes and the underexpression of 32. Using Venn-Diagrams, we built a list of five overexpressed genes and twelve underexpressed genes in common between the two experimental conditions. This list was used to generate a biological association network in which STAT5B and ATF-2 appeared as highly interconnected nodes. STAT5B overexpression was confirmed at the mRNA and protein levels. For ATF-2, the changes in mRNA levels were confirmed for both ICC and CA, whereas the decrease in protein levels was only observed in CA-treated cells. The levels of cyclin D1, a target gene for both STAT5B and ATF-2, were dowregulated by CA in colon cancer cells and by ICC and CA in breast cancer cells. Conclusions: Coffee polyphenols are able to affect cyclin D1 expression in cancer cells through the modulation of STAT5B and ATF-2.

Fibroblast surface-associated FGF-2 promotes contact-dependent colorectal cancer cell migration and invasion through FGFR-SRC signaling and integrin αvβ5-mediated adhesion.

Carcinoma-associated fibroblasts were reported to promote colorectal cancer (CRC) invasion by secreting motility factors and extracellular matrix processing enzymes. Less is known whether fibroblasts may induce CRC cancer cell motility by contact-dependent mechanisms. To address this question we characterized the interaction between fibroblasts and SW620 and HT29 colorectal cancer cells in 2D and 3D co-culture models in vitro. Here we show that fibroblasts induce contact-dependent cancer cell elongation, motility and invasiveness independently of deposited matrix or secreted factors. These effects depend on fibroblast cell surface-associated fibroblast growth factor (FGF) -2. Inhibition of FGF-2 or FGF receptors (FGFRs) signaling abolishes these effects. FGFRs activate SRC in cancer cells and inhibition or silencing of SRC in cancer cells, but not in fibroblasts, prevents fibroblasts-mediated effects. Using an RGD-based integrin antagonist and function-blocking antibodies we demonstrate that cancer cell adhesion to fibroblasts requires integrin αvβ5. Taken together, these results demonstrate that fibroblasts induce cell-contact-dependent colorectal cancer cell migration and invasion under 2D and 3D conditions in vitro through fibroblast cell surface-associated FGF-2, FGF receptor-mediated SRC activation and αvβ5 integrin-dependent cancer cell adhesion to fibroblasts. The FGF-2-FGFRs-SRC-αvβ5 integrin loop might be explored as candidate therapeutic target to block colorectal cancer invasion.

Caveolin-1 down-regulates inducible nitric oxide synthase via the proteasome pathway in human colon carcinoma cells.

To investigate whether caveolin-1 (cav-1) may modulate inducible nitric oxide synthase (iNOS) function in intact cells, the human intestinal carcinoma cell lines HT29 and DLD1 that have low endogenous cav-1 levels were transfected with cav-1 cDNA. In nontransfected cells, iNOS mRNA and protein levels were increased by the addition of a mix of cytokines. Ectopic expression of cav-1 in both cell lines correlated with significantly decreased iNOS activity and protein levels. This effect was linked to a posttranscriptional mechanism involving enhanced iNOS protein degradation by the proteasome pathway, because (i) induction of iNOS mRNA by cytokines was not affected and (ii) iNOS protein levels increased in the presence of the proteasome inhibitors N-acetyl-Leu-Leu-Norleucinal and lactacystin. In addition, a small amount of iNOS was found to cofractionate with cav-1 in Triton X-100-insoluble membrane fractions where also iNOS degradation was apparent. As has been described for endothelial and neuronal NOS isoenzymes, direct binding between cav-1 and human iNOS was detected in vitro. Taken together, these results suggest that cav-1 promotes iNOS presence in detergent-insoluble membrane fractions and degradation there via the proteasome pathway.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Efecto de la hipoxia-reoxigenación y las radiaciones ionizantes en la captación de glucosa en líneas tumorales de seno y colon cocultivadas con células endoteliales.

La captación de glucosa y su conversión en lactato juega un papel fundamental en el metabolismo tumoral, independientemente de la concentración de oxígeno presente en el tejido (efecto Warburg). Sin embrago, dicha captación varía de un tipo tumoral a otro, y dentro del mismo tumor, situación que podría depender de las características microambientales tumorales (fluctuaciones de oxígeno, presencia de otros tipos celulares) y de factores estresores asociados a los tratamientos. Se estudió el efecto de la hipoxia-reoxigenación (HR) y las radiaciones ionizantes (RI) sobre la captación de glucosa, en cultivos de líneas tumorales MCF-7 y HT-29, cultivadas de forma aislada o en cocultivo con la línea celular EAhy296. Se encontró que la captación de glucosa en HR es diferente para lo descrito en condiciones de hipoxia permanente y que es modificada en el cocultivo. Se identificaron poblaciones celulares dentro de la misma línea celular, de alta y baja captación de glucosa, lo que implicaría una simbiosis metabólica de la célula como respuesta adaptativa a las condiciones tumorales. Se evaluó la expresión de NRF2 y la translocación nuclear de NRF2 y HIF1a, como vías de respuesta a estrés celular e hipoxia. La translocación nuclear de las proteínas evaluadas explicaría el comportamiento metabólico de las células tumorales de seno, pero no de colon, por lo cual deben existir otras vías metabólicas implicadas. Las diferencias en el comportamiento de las células tumorales en HR en relación con hipoxia permitirá realizar planeaciones dosimétricas más dinámicas, que reevalúen las condiciones de oxigenación tumoral constantemente.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Avaluació de la toxicitat de metalls pesants i arsènic en diferents models biològics

En aquest estudi, la toxicitat de diversos metalls pesants i l'arsènic va ser analitzada utilitzant diferents models biològics. En la primera part d'aquest treball, el bioassaig de toxicitat Microtox, el qual està basat en la variació de l'emissió lumínica del bacteri luminiscent Vibrio fischeri, va ser utilitzat per establir les corbes dosi-resposta de diferents elements tòxics com el Zn(II), Pb(II), Cu(II), Hg(II), Ag(I), Co(II), Cd(II), Cr(VI), As(V) i As(III) en solucions aquoses. Els experiments es varen portar a terme a pH 6.0 i 7.0 per tal de mostrar que el pH pot influir en la toxicitat final mesurada d'alguns metalls degut als canvis relacionats amb la seva especiació química. Es varen trobar diferents tipus de corbes dosi-resposta depenent del metall analitzat i el pH del medi. En el cas de l'arsènic, l'efecte del pH en la toxicitat de l'arsenat i l'arsenit es va investigar utilitzant l'assaig Microtox en un rang de pHs comprès entre pH 5.0 i 9.0. Els valors d'EC50 determinats per l'As(V) disminueixen, reflectint un augment de la toxicitat, a mesura que el pH de la solució augmenta mentre que, en el cas de l'As(III), els valors d'EC50 quasi bé no varien entre pH 6.0 i 8.0 i només disminueixen a pH 9.0. HAsO42- i H2AsO3- es varen definir com les espècies més tòxiques. Així mateix, una anàlisi estadística va revelar un efecte antagònic entre les espècies químiques d'arsenat que es troben conjuntament a pH 6.0 i 7.0. D'altra banda, els resultats de dos mètodes estadístics per predir la toxicitat i les possibles interaccions entre el Co(II), Cd(II), Cu(II), Zn(II) i Pb(II) en mescles binàries equitòxiques es varen comparar amb la toxicitat observada sobre el bacteri Vibrio fischeri. L'efecte combinat d'aquests metalls va resultar ser antagònic per les mescles de Co(II)-Cd(II), Cd(II)-Zn(II), Cd(II)-Pb(II) i Cu(II)-Pb(II), sinèrgic per Co(II)-Cu(II) i Zn(II)-Pb(II) i additiu en els altres casos, revelant un patró complex de possibles interaccions. L'efecte sinèrgic de la combinació Co(II)-Cu(II) i la forta disminució de la toxicitat del Pb(II) quan es troba en presència de Cd(II) hauria de merèixer més atenció quan s'estableixen les normatives de seguretat ambiental. La sensibilitat de l'assaig Microtox també va ser determinada. Els valors d'EC20, els quals representen la toxicitat llindar mesurable, varen ser determinats per cada element individualment i es va veure que augmenten de la següent manera: Pb(II) < Ag(I) < Hg(II)  Cu(II) < Zn(II) < As(V) < Cd(II)  Co(II) < As(III) < Cr(VI). Aquests valors es varen comparar amb les concentracions permeses en aigues residuals industrials establertes per la normativa oficial de Catalunya (Espanya). L'assaig Microtox va resultar ser suficientment sensible per detectar els elements assajats respecte a les normes oficials referents al control de la contaminació, excepte en el cas del cadmi, mercuri, arsenat, arsenit i cromat. En la segona part d'aquest treball, com a resultats complementaris dels resultats previs obtinguts utilitzant l'assaig de toxicitat aguda Microtox, els efectes crònics del Cd(II), Cr(VI) i As(V) es varen analitzar sobre la taxa de creixement i la viabilitat en el mateix model biològic. Sorprenentment, aquests productes químics nocius varen resultar ser poc tòxics per aquest bacteri quan es mesura el seu efecte després de temps d'exposició llargs. Tot i això, en el cas del Cr(VI), l'assaig d'inhibició de la viabilitat va resultar ser més sensible que l'assaig de toxicitat aguda Microtox. Així mateix, també va ser possible observar un clar fenomen d'hormesis, especialment en el cas del Cd(II), quan s'utilitza l'assaig d'inhibició de la viabilitat. A més a més, diversos experiments es varen portar a terme per intentar explicar la manca de toxicitat de Cr(VI) mostrada pel bacteri Vibrio fischeri. La resistència mostrada per aquest bacteri podria ser atribuïda a la capacitat d'aquest bacteri de convertir el Cr(VI) a la forma menys tòxica de Cr(III). Es va trobar que aquesta capacitat de reducció depèn de la composició del medi de cultiu, de la concentració inicial de Cr(VI), del temps d'incubació i de la presència d'una font de carboni. En la tercera part d'aquest treball, la línia cel·lular humana HT29 i cultius primaris de cèl·lules sanguínies de Sparus sarba es varen utilitzar in vitro per detectar la toxicitat llindar de metalls mesurant la sobreexpressió de proteines d'estrès. Extractes de fangs precedents de diverses plantes de tractament d'aigues residuals i diferents metalls, individualment o en combinació, es varen analitzar sobre cultius cel·lulars humans per avaluar el seu efecte sobre la taxa de creixement i la capacitat d'induir la síntesi de les proteïnes Hsp72 relacionades amb l'estrès cel·lular. No es varen trobar efectes adversos significatius quan els components s'analitzen individualment. Nogensmenys, quan es troben conjuntament, es produeix un afecte advers sobre tan la taxa de creixement com en l'expressió de proteins d'estrès. D'altra banda, cèl·lules sanguínies procedents de Sparus sarba es varen exposar in vitro a diferents concentracions de cadmi, plom i crom. La proteïna d'estrès HSP70 es va sobreexpressar significativament després de l'exposició a concentracions tan febles com 0.1 M. Sota les nostres condicions de treball, no es va evidenciar una sobreexpressió de metal·lotioneïnes. Nogensmenys, les cèl·lules sanguínies de peix varen resultar ser un model biològic interessant per a ser utilitzat en anàlisis de toxicitat. Ambdós models biològics varen resultar ser molt adequats per a detectar acuradament la toxicitat produïda per metalls. En general, l'avaluació de la toxicitat basada en l'anàlisi de la sobreexpressió de proteïnes d'estrès és més sensible que l'avaluació de la toxicitat realitzada a nivell d'organisme. A partir dels resultats obtinguts, podem concloure que una bateria de bioassaigs és realment necessària per avaluar acuradament la toxicitat de metalls ja que existeixen grans variacions entre els valors de toxicitat obtinguts emprant diferents organismes i molts factors ambientals poden influir i modificar els resultats obtinguts.

A novel galactooligosaccharide mixture increases the bifidobacterial population numbers in a continuous in vitro fermentation system and in the proximal colonic contents of pigs in vivo

Prebiotics are nondigestible food ingredients that encourage proliferation of selected groups of the colonic microflora, thereby altering the composition toward a more beneficial community. In the present study, the prebiotic potential of a novel galactooligosaccharide (GOS) mixture, produced by the activity of galactosyltransferases from Bifidobacterium bifidum 41171 on lactose, was assessed in vitro and in a parallel continuous randomized pig trial. In situ fluorescent hybridization with 16S rRNA-targeted probes was used to investigate changes in total bacteria, bifidobacteria, lactobacilli, bacteroides, and Clostridium histolyticum group in response to supplementing the novel GOS mixture. In a 3-stage continuous culture system, the bifidobacterial numbers for the first 2 vessels, which represented the proximal and traverse colon, increased (P < 0.05) after the addition of the oligosaccharide mixture. In addition, the oligosaccharide mixture strongly inhibited the attachment of enterohepatic Escherichia coli (P < 0.01) and Salmonella enterica serotype Typhimurium (P < 0.01) to HT29 cells. Addition of the novel mixture at 4% (wt:wt) to a commercial diet increased the density of bificlobacteria (P < 0.001) and the acetate concentration (P < 0.001), and decreased the pH (P < 0.001) compared with the control diet and the control diet supplemented with inulin, suggesting a great prebiotic potential for the novel oligosaccharide mixture. J. Nutr. 135: 1726-1731, 2005.

Caseinoglycomacropeptide inhibits adhesion of pathogenic Escherichia coli strains to human cells in culture

Caseinoglycomacropeptide (CGMP) derived from kappa-casein was investigated for its ability to inhibit the adhesion of 3 strains of verotoxigenic Escherichia coli (VTEC) and 3 strains of enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) to human HT29 tissue cell cultures. Effects on adhesion of Desulfovibrio desulfuricans, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus, and Lactobacillus gasseri were also investigated. Generally, CGMP exerted effective anti-adhesive properties at a dose of 2.5 mg/mL, albeit with a high degree of strain specificity. The CGMP reduced adhesion of VTEC strains to < 50% of the control and reduced adhesion of EPEC strains to between 80 and 10% of the control. The CGMP also reduced the adhesion of L. pentosus and L. casei to 44 and 42%, respectively. A slight but significant reduction of L. acidophilus, to 81%, was observed, but no significant effects were detected with either Dsv. desulfuricans or L. gasseri. Further investigation of the dose response relationships with the E. coli strains gave IC50 values ranging between 0.12 and 1.06 mg/mL.

Oligosaccharide-mediated inhibition of the adhesion of pathogenic Escherichia coli strains to human gut epithelial cells in vitro

The aim of the study was to investigate the ability of pectic oligosaccharides (POS) to inhibit adhesion of three strains of verotoxigenic Escherichia coli, three strains of enteropathogenic E. coli, and one nonclinical strain of Desulfovibrio desulfuricans to human intestinal epithelial cell cultures. Lactobacillus acidophilus and Lactobacillus gasseri were included for comparison. Attachment wits determined in the human HT29 cell line by viable Count of adherent bacteria. POS in buffer at pH 7.2 were antiadhesive at a dose of 2.5 mg ml(-1), reducing adhesion of enteropathogenic E. coli and verotoxigenic E. coli strains to less than 30% of control values. Concentrations resulting in 50% inhibition ranged from 0.15 to 0.46 mg ml(-1). L. acidophilus was not significantly affected. but adhesion of L. gasseri was reduced to 29% of the control value. POS reduced the adhesion of D. desulfuricans to 0.33% of the control value. POS also had a protective effect against E. coli verocytotoxins VT1 and VT2 at concentrations of 0.01 and 1 mu g ml(-1), respectively.

Inhibition of the adhesion of enteropathogenic Escherichia coli strains to HT-29 cells in culture by chito-oligosaccharides

The ability of chito-oligosaccharides (COS) to inhibit selected intestinal bacteria was investigated. COS at 2.5 mg ml(-1) had no significant effect on the adhesion of three strains of verotoxigenic Escherichia coli (VTEC), Lactobacillus pentosus, L. casei or L. gasseri to human HT29 cells in tissue culture. However, COS significantly inhibited adhesion of three strains of enteropathogenic E. coli (EPEC) to below 30% of the level of adhesion seen in the controls. Dose-response curves were constructed to further characterise the inhibition of EPEC strains to HT29 cells. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.