Layer-by-layer immobilization of carbon dots fluorescent nanomaterials on single optical fiber

We report within this paper the development of a fiber-optic based sensor for Hg(II) ions. Fluorescent carbon nanoparticles were synthesized by laser ablation and functionalized with PEG200 and N-acetyl-l-cysteine so they can be anionic in nature. This characteristic facilitated their deposition by the layer-by-layer assembly method into thin alternating films along with a cationic polyelectrolyte, poly(ethyleneimine). Such films could be immobilized onto the tip of a glass optical fiber, allowing the construction of an optical fluorescence sensor. When immobilized on the fiber-optic tip, the resultant sensor was capable of selectively detecting sub-micromolar concentrations of Hg(II) with an increased sensitivity compared to carbon dot solutions. The fluorescence of the carbon dots was quenched by up to 44% by Hg(II) ions and interference from other metal ions was minimal.

Optical fiber sensor for Hg(II) based on carbon dots

An optical fiber sensor for Hg(II) in aqueous solution based on sol–gel immobilized carbon dots nanoparticles functionalized with PEG200 and N-acetyl-l-cysteine is described. This sol–gel method generated a thin (about 750 nm), homogenous and smooth (roughness of 2.7±0.7 a˚ ) filmthat immobilizes the carbon dots and allows reversible sensing of Hg(II) in aqueous solution. A fast (less than 10 s), reversible and stable (the fluorescence intensity measurements oscillate less than 1% after several calibration cycles) sensor system was obtained. The sensor allow the detection of submicron molar concentrations of Hg(II) in aqueous solution. The fluorescence intensity of the immobilized carbon dots is quenched by the presence of Hg(II) with a Stern-Volmer constant (pH = 6.8) of 5.3×105M−1.

Study on solubility of pharmaceutical compounds in ionic liquids

Dissertation to obtain the degree of master in Chemical and Biochemical Engineering

N-acetylcysteine treatment ameliorates the skeletal phenotype of a mouse model of diastrophic dysplasia.

Diastrophic dysplasia (DTD) is a recessive chondrodysplasia caused by mutations in SLC26A2, a cell membrane sulfate-chloride antiporter. Sulfate uptake impairment results in low cytosolic sulfate, leading to cartilage proteoglycan (PG) undersulfation. In this work, we used the dtd mouse model to study the role of N-acetyl-l-cysteine (NAC), a well-known drug with antioxidant properties, as an intracellular sulfate source for macromolecular sulfation. Because of the important pre-natal phase of skeletal development and growth, we administered 30 g/l NAC in the drinking water to pregnant mice to explore a possible transplacental effect on the fetuses. When cartilage PG sulfation was evaluated by high-performance liquid chromatography disaccharide analysis in dtd newborn mice, a marked increase in PG sulfation was observed in newborns from NAC-treated pregnancies when compared with the placebo group. Morphometric studies of the femur, tibia and ilium after skeletal staining with alcian blue and alizarin red indicated a partial rescue of abnormal bone morphology in dtd newborns from treated females, compared with pups from untreated females. The beneficial effect of increased macromolecular sulfation was confirmed by chondrocyte proliferation studies in cryosections of the tibial epiphysis by proliferating cell nuclear antigen immunohistochemistry: the percentage of proliferating cells, significantly reduced in the placebo group, reached normal values in dtd newborns from NAC-treated females. In conclusion, NAC is a useful source of sulfate for macromolecular sulfation in vivo when extracellular sulfate supply is reduced, confirming the potential of therapeutic approaches with thiol compounds to improve skeletal deformity and short stature in human DTD and related disorders.

Vieillissement vasculaire chez des patients athérosclérotiques: Sénescence prématurée des cellules endothéliales?

La dysfonction de l’endothélium vasculaire, associée à une diminution de ses propriétés vasorelaxantes et anti-thrombogéniques, survient avec le vieillissement mais également chez de plus jeunes patients athérosclérotiques présentant plusieurs facteurs de risque cardiovasculaire. Au niveau cellulaire, le vieillissement des cellules endothéliales (CE) mène à un état irréversible de non division cellulaire appelé sénescence. Ces cellules sénescentes présentent des changements spécifiques au niveau de leur morphologie et de l’expression génique, menant à leur dysfonction. La sénescence dite réplicative est déclenchée par le raccourcissement des télomères survenant à chaque division cellulaire, mais peut également être induite prématurément par le stress oxydant (SIPS). L’objectif principal de cette étude est de caractériser la sénescence de CE vasculaires isolées à partir de patients athérosclérotiques, et d’observer l’impact des facteurs de risque sur cette sénescence. Afin de confirmer la contribution des deux principales voies de la sénescence, nous avons par la suite étudié conjointement ou séparément, l’impact d’un traitement chronique avec un antioxydant sur la sénescence de CE, et d’une surexpression de la sous-unité catalytique de la télomérase (hTERT), une enzyme responsable de l’allongement des télomères. Nous avons isolé et cultivé des CE provenant d’artères mammaires internes prélevées lors de pontages coronariens. Selon les études, les cellules ont été infectées ou non avec un lentivirus surexprimant la hTERT, et cultivées in vitro jusqu’à sénescence, en présence ou en absence de l’antioxydant N-acétyl-L-cystéine (NAC). Différents marqueurs des deux principales voies de la sénescence (réplicative ou SIPS) ont été quantifiés. La sénescence cellulaire se développe exponentiellement avec le temps et est associée à une réduction de la viabilité et de la prolifération cellulaires. Chez les patients athérosclérotiques, le vieillissement des CE passe par les deux principales voies de la sénescence : des télomères courts initialement en culture et la durée d’exposition in vivo aux facteurs de risque cardiovasculaire prédisent une apparition prématurée de la sénescence. Toutefois, chez les fumeurs, la sénescence est exclusivement du type SIPS. Ces facteurs de risque cardiovasculaire et principalement l’hypertension, semblent accélèrer le vieillissement biologique et favoriser la dysfonction des CE. Lorsque traitées chroniquement avec le NAC, les CE présentant initialement de moindres dommages cellulaires et moléculaires ainsi qu’une meilleure défense antioxydante développent une sénescence retardée. Lorsque le NAC est combiné à une surexpression de la hTERT, les deux voies de la sénescence sont bloquées et une immortalisation cellulaire est observée. À l’inverse, dans les CE les plus endommagées par les ROS in vivo, le NAC n’a aucun effet sur le développement de la sénescence, la hTERT, seule ou en combinaison avec le NAC, retarde légèrement la sénescence mais aucune immortalisation n’est observée lorsque ces traitements sont combinés. En conclusion, nos études démontrent que l’exposition chronique au stress oxydant associé aux facteurs de risque cardiovasculaire accélère le développement de la sénescence de CE vasculaires, contribuant potentiellement à l’athérogénèse. Dans les cellules de patients athérosclérotiques, il semble exister un seuil de dommages cellulaires et moléculaires subis in vivo au-delà duquel, aucun traitement (antioxydant ou hTERT) ne peut être bénéfique.

Modulation de l’expression du récepteur B1 des kinines par l’angiotensine II et l’endothéline-1 dans des cellules musculaires lisses vasculaires

Le stress oxydatif est impliqué dans l’expression du récepteur B1 des kinines (RB1) dans différents modèles de diabète et d'hypertension. Puisque l'angiotensine II (Ang II) et l'endothéline-1 (ET-1) sont des peptides prooxydants impliqués dans les maladies cardiovasculaires, leur contribution dans l'augmentation de l'expression du RB1 a été étudiée dans des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Le QRT-PCR et l’immunobuvardage de type Western ont été utilisés pour mesurer l’expression du RB1 dans des CMLV dérivées de la lignée A10 et de l’aorte de rats Sprague-Dawley. Cette étude montre que l’Ang II augmente l’expression du RB1 (ARNm et protéine) en fonction de la concentration et du temps (maximum 1 μM entre 3-6 h). Cette augmentation implique le récepteur AT1, la PI3K et le NF-κB, mais non le récepteur AT2 et ERK1/2. Aussi, le récepteur ETA de l’ET-1 est impliqué dans la réponse à l’Ang II à 6-8 h et non à 1-4 h. Par contre, l’ET-1 augmente l’expression du RB1 (maximum 2-4 h) via la stimulation des récepteurs ETA et ETB. L’augmentation du RB1 causée par l’Ang II et l’ET-1 est bloquée par les antioxydants (N-acétyl-cystéine et diphénylèneiodonium). Ces résultats suggèrent que l’Ang II induit le RB1 dans les CMLV par le récepteur AT1 dans la première phase, et par la libération d’ET-1 (majoritairement par ETA) dans la phase tardive, via le stress oxydatif et l’activation de la PI3K et du NF-κB. Ces résultats précisent le mécanisme impliqué dans la surexpression du RB1 ayant des effets néfastes dans le diabète et l'hypertension.

Rôle et localisation intraspinale du récepteur B1 des kinines dans la douleur neuropathique

Le récepteur B1 des kinines (RB1) joue un rôle important dans l'inflammation et la nociception. Les sites de liaison du RB1 sont augmentés dans la moelle épinière et le ganglion de la racine dorsale (GRD) chez le rat après la ligature partielle du nerf sciatique (LPNS). Dans ce modèle classique de douleur neuropathique, le traitement aigu avec des antagonistes sélectifs du RB1 renverse l'hyperalgésie thermique mais non pas l’allodynie. Cette étude vise à définir dans ce modèle de LPNS: 1- les effets de traitements aigu et chronique avec des antagonistes du RB1 sur l’hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid; 2- la contribution du TRPV1 et du stress oxydatif dans la composante de la douleur neuropathique associée au RB1; 3- l’expression du RB1 au niveau de la moelle épinière lombaire, le GRD et le nerf sciatique par RT-PCR quantitatif (Reverse transcriptase-polymerase chain reaction); 4- la localisation cellulaire du RB1 dans la moelle épinière lombaire par microscopie confocale. L’hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid ont été mesurées par le réflexe de retrait de la patte arrière après l’application à la surface plantaire d’une source radiante de chaleur (méthode Hargreaves), de filaments de Von Frey et d’une goutte d’acétone qui produit une sensation de froid par évaporation. Nous avons montré, dans un premier temps, que l'hyperalgésie thermique et les allodynies tactile et au froid sont renversées par un traitement chronique avec l’antagoniste du RB1, SSR240612, administré par gavage à raison de 10 mg /kg/jr entre le 15 e et le 20 e jour après la ligature du nerf sciatique et par un traitement antioxydant, la N-acétyl-L-cystéine, administrée par gavage à la dose de 1g/kg/jr, 4jours précédant la ligature et pendant les 2 semaines après la ligature. Un traitement aigu avec le ii SSR240612 (10 mg/kg) ou avec un antagoniste du RB1 qui ne traverse pas la barrière hémato-encéphalique, le R-954 (2mg/kg, s.c.), n’a bloqué que l’hyperalgésie thermique. Dans un second temps, l’antagoniste du TRPV1, le SB366791, administré à raison de 1 mg/kg/jr par voie sous-cutanée du j-1 au j-14 a renversé l’allodynie tactile et l’hyperalgésie thermique. De plus, nous avons noté deux semaines après la LPNS, des augmentations significatives des niveaux d'ARNm du RB1 dans la moelle épinière lombaire, le nerf sciatique et le GRD du côté ipsilatéral à la ligature. Ces augmentations ont été renversées par le traitement avec la N-acétyl-L-cystéine et l’antagoniste du TRPV1. Le RB1 a été localisé au niveau des fibres de type C avec le marquage au CGRP (Calcitonin Gene-Related Peptide) et au niveau de la microglie utilisant le marquage au Iba-1 dans la moelle épinière lombaire des rats ayant subi une LPNS, 2 semaines plus tôt. Au terme de cette étude, nous avons suggéré que la surexpression du RB1 sur les fibres de type C contribuerait à l’hyperalgésie thermique alors que le RB1 sur la microglie dans la moelle épinière contribuerait aux allodynies tactile et au froid dans le modèle LPNS chez le rat. Le stress oxydatif pourrait être impliqué dans l’induction du RB1. Bien que le rôle du TRPV1 semble plutôt limité à la douleur thermique, il pourrait cependant agir via le RB1 sur les fibres de type C.

Cardiovascular responses produced by central injection of hydrogen peroxide in conscious rats

Reactive oxygen species (ROS) have been shown to modulate neuronal synaptic transmission and may play a role on the autonomic control of the cardiovascular system. In this study we investigated the effects produced by hydrogen peroxide (H 2O 2) injected alone or combined with the anti-oxidant agent N-acetil-l-cysteine (NAC) or catalase into the fourth brain ventricle (4th V) on mean arterial pressure and heart rate of conscious rats. Moreover the involvement of the autonomic nervous system on the cardiovascular responses to H 2O 2 into the 4th V was also investigated. Male Holtzman rats (280-320 g) with a stainless steel cannula implanted into the 4th V and polyethylene cannulas inserted into the femoral artery and vein were used. Injections of H 2O 2 (0.5, 1.0 and 1.5 μmol/0.2 μL, n = 6) into the 4th V produced transient (for 10 min) dose-dependent pressor responses. The 1.0 and 1.5 μmol doses of H 2O 2 also produced a long lasting bradycardia (at least 24 h with the high dose of H 2O 2). Prior injection of N-acetyl-l-cysteine (250 nmol/1 μL/rat) into the 4th V blockade the pressor response and attenuated the bradycardic response to H 2O 2 (1 μmol/0.5 μL/rat, n = 7) into the 4th V. Intravenous (i.v.) atropine methyl bromide (1.0 mg/kg, n = 11) abolished the bradycardia but did not affect the pressor response to H 2O 2. Prazosin hydrochloride (1.0 mg/kg, n = 6) i.v. abolished the pressor response but did not affect the bradycardia. The increase in the catalase activity (500 UEA/1 μL/rat injected into the 4th V) also abolished both, pressor and bradycardic responses to H 2O 2. The results suggest that increased ROS availability into 4th V simultaneously activate sympathetic and parasympathetic outflow inducing pressor and bradycardic responses. © 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Nanoparticles increase the efficacy of cancer chemopreventive agents in cells exposed to cigarette smoke condensate

Lung cancer is a leading cause of death in developed countries. Although smoking cessation is a primary strategy for preventing lung cancer, former smokers remain at high risk of cancer. Accordingly, there is a need to increase the efficacy of lung cancer prevention. Poor bioavailability is the main factor limiting the efficacy of chemopreventive agents. The aim of this study was to increase the efficacy of cancer chemopreventive agents by using lipid nanoparticles (NPs) as a carrier. This study evaluated the ability of lipid NPs to modify the pharmacodynamics of chemopreventive agents including N-acetyl-L-cysteine, phenethyl isothiocyanate and resveratrol (RES). The chemopreventive efficacy of these drugs was determined by evaluating their abilities to counteract cytotoxic damage (DNA fragmentation) induced by cigarette smoke condensate (CSC) and to activate protective apoptosis (annexin-V cytofluorimetric staining) in bronchial epithelial cells both in vitro and in ex vivo experiment in mice. NPs decreased the toxicity of RES and increased its ability to counteract CSC cytotoxicity. NPs significantly increased the ability of phenethyl isothiocyanate to attenuate CSC-induced DNA fragmentation at the highest tested dose. In contrast, this potentiating effect was observed at all tested doses of RES, NPs dramatically increasing RES-induced apoptosis in CSC-treated cells. These results provide evidence that NPs are highly effective at increasing the efficacy of lipophilic drugs (RES) but are not effective towards hydrophilic agents (N-acetyl-L-cysteine), which already possess remarkable bioavailability. Intermediate effects were observed for phenethyl isothiocyanate. These findings are relevant to the identification of cancer chemopreventive agents that would benefit from lipid NP delivery.

Aminoacylase 1-catalysed deacetylation of bioactives epoxides mycotoxin-derived mercapturates; 3,4-epoxyprecocenes as models of cytotoxic epoxides

The mycotoxin aflatoxin B1 (AFB1) is a carcinogenic food contaminant which is metabolically activated by epoxydation. The metabolism of mycotoxins via the mercapturate metabolic pathway was shown, in general, to lead to their detoxication. Mercapturic acids thus formed (S-substitued-N-acetyl-L-cysteines) may be accumulated in the kidney and either excreted in the urine or desacetylated by Acylase 1 (ACY1) to yield cysteine S-conjugates. To be toxic, the N-acetyl-L-cysteine-S-conjugates first have to undergo deacetylation by ACY 1. The specificity and rate of mercapturic acid deacetylation may determine the toxicity, however the exact deacetylation processes involved are not well known. The aim of this study was to investigate the role of ACY1 in the toxicity of some bioactive epoxides from Aflatoxin B1. We characterized the kinetic parameters of porcine kidney and human recombinant aminoacylase-1 towards some aromatic and aliphatic-derived mercapturates analogue of mycotoxin mercapturic acids and 3,4-epoxyprecocene, a bioactive epoxide derivated from aflatoxin. The deacetylation of mercapturated substrates was followed both by reverse phase HPLC and by TNBS method. Catalytic activity was discussed in a structure function relationship. Ours results indicate for the first time that aminoacylase-1 could play an important role in deacetylating mercapturate metabolites of aflatoxin analogues and this process may be in relation with their cyto- and nephrotoxicity in human. (C) 2012 Published by Elsevier Masson SAS.

Analysis of zinc oxide nanoparticles as a potential mutagen of respiratory epithelia

Metallische Nanopartikel und ihre Oxide (z.B. ZnO NP, TiO2 NP und Fe2O3 NP) werden aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften häufig als Additive in der Reifenproduktion, in Katalysatoren, Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetikprodukten verwendet. Künftig wird ein kontinuierlicher Anstieg der industriellen Anwendung (~ 1663 Tonnen im Jahr 2025) mit gesteigerter Freisetzung in die Umwelt erwartet, was zwangsläufig zu einer vermehrten Aufnahme über das respiratorische Epithel führt. Metalldampffieber ist als gesundheitsschädigender Effekt von Metalloxid-haltigen Aerosolen (z.B. ZnO) nach Inhalation bekannt. Immunreaktionen, wie beispielsweise Entzündungen, werden häufig mit der Entstehung von Sauerstoffradikalen (ROS) in Verbindung gebracht, die wiederum zu DNA-Schäden führen können. Drei mögliche Ursachen der Genotoxität werden angenommen: direkte Interaktion von Nanopartikeln mit intrazellulären Strukturen, Interaktion von Ionen dissoziierter Partikel mit intrazellulären Strukturen sowie die Entstehung von ROS initiiert durch Partikel oder Ionen.rnDie vorliegende Studie befasst sich mit den Mechanismen der Genotoxizität von ZnO Nanopartikeln (ZnO NP), als Beispiel für metallische Nanopartikel, im respiratorischen Epithel. In der Studie wurde gezielt die intrazelluläre Aufnahme und Verteilung von ZnO NP, deren Toxizität, deren DNA schädigendes Potential sowie die Aktivierung der DNA damage response (DDR) analysiert.rnEs konnten kaum internalisierte ZnO NP mittels TEM detektiert werden. Innerhalb der ersten Sekunden nach Behandlung mit ZnO NP wurde spektrofluorometrisch ein starker Anstieg der intrazellulären Zn2+ Konzentration gemessen. In unbehandelten Zellen war Zn2+ in granulären Strukturen lokalisiert. Die Behandlung mit ZnO NP führte zu einer Akkumulation von Zn2+ in diesen Strukturen. Im zeitlichen Verlauf verlagerten sich die Zn2+-Ionen in das Zytoplasma, sowie in Zellkerne und Mitochondrien. Es wurde keine Kolokalisation von Zn2+ mit den frühen Endosomen und dem endoplasmatischen Retikulum beobachtet. Die Vorbehandlung der Zellen mit Diethylen-triaminpentaessigsäure (DTPA), als extrazellulärem Komplexbildner, verhinderte den intrazellulären Anstieg von Zn2+ nach Behandlung mit den Partikeln.rnDie Behandlung mit ZnO NP resultierte in einer zeit- und dosisabhängigen Reduktion der zellulären Viabilität, während die intrazelluläre ROS-Konzentrationen in den ersten 30 min leicht und anschließend kontinuierlich bis zum Ende der Messung anstiegen. Außerdem verringerte sich das mitochondriale Membranpotential, während sich die Anzahl der frühapoptotischen Zellen in einer zeitabhängigen Weise erhöhte. rnDNA Doppelstrangbrüche (DNA DSB) wurden mittels Immunfluoreszenz-Färbung der γH2A.X foci sichtbar gemacht und konnten nach Behandlung mit ZnO NP detektiert werden. Die Vorbehandlung mit dem Radikalfänger N-Acetyl-L-Cytein (NAC) resultierte in stark reduzierten intrazellulären ROS-Konzentrationen sowie wenigen DNA DSB. Die DNA Schädigung wurde durch Vorbehandlung mit DTPA ganz verhindert.rnDie Aktivierung der DDR wurde durch die Analyse von ATM, ATR, Chk1, Chk2, p53 und p21 mittels Western Blot und ELISA nach Behandlung mit ZnO NP überprüft. Der ATR/Chk1 Signalweg wurde durch ZnO NP nicht aktiviert. Die Komplexierung von Zn2+ resultierte in einer verminderten ATM/Chk2 Signalwegaktivierung. Es zeigte sich, dass das Abfangen von ROS keinen Effekt auf die ATM/Chk2 Signalwegaktivierung hatte.rnZusammengefasst wurde festgestellt, dass die Exposition mit ZnO NP in der Entstehung von ROS, reduzierter Viabilität und vermindertem mitochondrialem Membranpotential resultiert, sowie zeitabhängig eine frühe Apoptose initiiert. ZnO NP dissoziierten extrazellulär und wurden schnell als Zn2+ über unbekannte Mechanismen internalisiert. Die Zn2+-Ionen wurden im Zytoplasma, sowie besonders in den Mitochondrien und dem Zellkern, akkumuliert. Die DDR Signalgebung wurde durch ZnO NP aktiviert, jedoch nicht durch NAC inhibiert. Es wurde gezeigt, dass DTPA die DDR Aktivierung komplett inhibierte. Die Behandlung mit ZnO NP induzierte DNA DSB. Die Inhibition von ROS reduzierte die DNA DSB und die Komplexierung der Zn2+ verhinderte die Entstehung von DNA DSB.rnDiese Daten sprechen für die Dissoziation der Partikel und die hierbei freigesetzten Zn2+ als Hauptmediator der Genotoxizität metallischer Nanopartikel. rn

Modification of mutagen sensitivity by chemopreventive agents {\it in vitro\/}

The clinical application of chemopreventive agents is expected to prevent the appearance of cancer by arresting carcinogenesis or reversing it in the precancerous stages. The hypothesis of the present investigations was that chemopreventive agents (retinoids and antioxidant vitamins) may counteract the clastogenic effects of bleomycin in vitro in both lymphoblastoid cell lines and primary lymphocyte cultures and that a similar phenomenon can be detected in lymphocytes from individuals treated with 13-cis-retinoic acid. The efficacy of 13-cis-retinoic acid, n-(4-hydroxyphenyl)-retinamide, ascorbic acid, n-acetyl-l-cysteine, alpha-tocopherol, and alpha-tocopherol-acid succinate was tested against bleomycin-induced chromosomal breakage.^ The results provided direct evidence of the concentration-related protective effects of these agents against bleomycin-induced clastogenicity in cultures of human lymphoblastoid cell lines in vitro. Similar anticlastogenic protection was demonstrated with 13-cis-retinoic acid, ascorbic acid, n-acetyl-l-cysteine, and alpha-tocopherol-acid succinate in primary lymphocyte cultures in vitro. The in vitro anticlastogenic effect of 13-cis-retinoic acid was also demonstrated in lymphocyte cultures from peripheral blood samples from patients treated with this retinoid.^ An important consideration is that the concentrations used in the present investigations are comparable to those achieved in clinical situations.^ The in vitro anticlastogenic effect of these retinoids and antioxidants may constitute an important element of their chemopreventive properties. The results corroborate the hypothesis that these compounds may be effective in clinical chemoprevention trials. The bleomycin-assay may also be used as a short-term test to evaluate the antimutagenic effects of various agents. ^

The mechanism of cancer-mediated conversion of plasminogen to the angiogenesis inhibitor angiostatin

Angiostatin, a potent naturally occurring inhibitor of angiogenesis and growth of tumor metastases, is generated by cancer-mediated proteolysis of plasminogen. Human prostate carcinoma cells (PC-3) release enzymatic activity that converts plasminogen to angiostatin. We have now identified two components released by PC-3 cells, urokinase (uPA) and free sulfhydryl donors (FSDs), that are sufficient for angiostatin generation. Furthermore, in a defined cell-free system, plasminogen activators [uPA, tissue-type plasminogen activator (tPA), or streptokinase], in combination with one of a series of FSDs (N-acetyl-l-cysteine, d-penicillamine, captopril, l-cysteine, or reduced glutathione] generate angiostatin from plasminogen. An essential role of plasmin catalytic activity for angiostatin generation was identified by using recombinant mutant plasminogens as substrates. The wild-type recombinant plasminogen was converted to angiostatin in the setting of uPA/FSD; however, a plasminogen activation site mutant and a catalytically inactive mutant failed to generate angiostatin. Cell-free derived angiostatin inhibited angiogenesis in vitro and in vivo and suppressed the growth of Lewis lung carcinoma metastases. These findings define a direct mechanism for cancer-cell-mediated angiostatin generation and permit large-scale production of bioactive angiostatin for investigation and potential therapeutic application.

Inhibition of arachidonate 5-lipoxygenase triggers massive apoptosis in human prostate cancer cells

Diets high in fat are associated with an increased risk of prostate cancer, although the molecular mechanism is still unknown. We have previously reported that arachidonic acid, an omega-6 fatty acid common in the Western diet, stimulates proliferation of prostate cancer cells through production of the 5-lipoxygenase metabolite, 5-HETE (5-hydroxyeicosatetraenoic acid). We now show that 5-HETE is also a potent survival factor for human prostate cancer cells. These cells constitutively produce 5-HETE in serum-free medium with no added stimulus. Exogenous arachidonate markedly increases the production of 5-HETE. Inhibition of 5-lipoxygenase by MK886 completely blocks 5-HETE production and induces massive apoptosis in both hormone-responsive (LNCaP) and -nonresponsive (PC3) human prostate cancer cells. This cell death is very rapid: cells treated with MK886 showed mitochondrial permeability transition between 30 and 60 min, externalization of phosphatidylserine within 2 hr, and degradation of DNA to nucleosomal subunits beginning within 2–4 hr posttreatment. Cell death was effectively blocked by the thiol antioxidant, N-acetyl-l-cysteine, but not by androgen, a powerful survival factor for prostate cancer cells. Apoptosis was specific for 5-lipoxygenase—programmed cell death was not observed with inhibitors of 12-lipoxygenase, cyclooxygenase, or cytochrome P450 pathways of arachidonic acid metabolism. Exogenous 5-HETE protects these cells from apoptosis induced by 5-lipoxygenase inhibitors, confirming a critical role of 5-lipoxygenase activity in the survival of these cells. These findings provide a possible molecular mechanism by which dietary fat may influence the progression of prostate cancer.

Endogenous intracellular glutathionyl radicals are generated in neuroblastoma cells under hydrogen peroxide oxidative stress.

We report the detection of endogenous intracellular glutathionyl (GS.) radicals in the intact neuroblastoma cell line NCB-20 under oxidative stress. Spin-trapping and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopic methods were used for monitoring the radicals. The cells incubated with the spin trap 5,5-dimethyl-1-pyrroline 1-oxide (DMPO) were challenged with H2O2 generated by the enzymic reaction of glucose/glucose oxidase. These cells exhibit the EPR spectrum of the GS. radical adduct of DMPO (DMPO-.SG) without exogenous reduced glutathione (GSH). The identity of this radical adduct was confirmed by observing hyperfine coupling constants identical to previously reported values in in vitro studies, which utilized known enzymic reactions, such as horseradish peroxidase and Cu/Zn superoxide dismutase, with GSH and H2O2 as substrates. The formation of the GS. radicals required viable cells and continuous biosynthesis of GSH. No significant effect on the resonance amplitude by the addition of a membrane-impermeable paramagnetic broadening agent indicated that these radicals were located inside the intact cell. N-Acetyl-L-cysteine (NAC)-treated cells produced NAC-derived free radicals (NAC.) in place of GS. radicals. The time course studies showed that DMPO-.SG formation exhibited a large increase in its concentration after a lag period, whereas DMPO-NAC. formation from NAC-treated cells did not show this sudden increase. These results were discussed in terms of the limit of antioxidant enzyme defenses in cells and the potential role of the GS. radical burst in activation of the transcription nuclear factor NF-kappa B in response to oxidative stress.