IONIC-CONDUCTION OF A NOVEL COMB POLYMER ELECTROLYTE BASED ON MALEIC-ANHYDRIDE COPOLYMER WITH OLIGO-OXYETHYLENE SIDE-CHAINS

A comb-shaped polymer (BM350) with oligo-oxyethylene side chains of the type -O(CH2CH2O)(7)CH3 was prepared from methyl vinyl ether/maleic anhydride copolymer. Homogeneous amorphous polymer electrolyte complexes were made from the comb polymer and LICF(3)SO(3) by solvent casting from acetone, and their conductivities were measured as a function of temperature and salt concentration. Maximum conductivity close to 5.08 X 10(-5) Scm(-1) was obtained at room temperature and at a [Li]/[EO] ratio of about 0.12. The conductivity which displayed non-Arrhenius behaviour was analyzed using the Vogel-Tammann-Fulcher equation and interpreted on the basis of the configurational entropy model. The results of mid-IR showed that the coordination of Li+ to side chains made the C-O-C band become broader and shift slightly. X-ray photoelectron spectroscopy analysis indicated that the oxygen atoms in the two situations could coordinate to Li+ and this coordination resulted in the reduction of the electron orbit binding energy of F and S.

CRYSTALLINITY OF UNIFORM OLIGO(OXYETHYLENE) MONO-N-ALKYL ETHERS STUDIED BY X-RAY-DIFFRACTION AND DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY

The crystallinity of two series of uniform oligo(oxyethylene) mono-n-alkyl ethers has been investigated: alpha-alkyl,omega-hydroxyoligo(oxyethylene)s, H(CH2)n(OCH2CH2)mOH, and alpha-alkyl,omega-methoxyoligo(oxyethylene)s, H(CH2)n(OCH2CH2)mOCH3. The hydroxy-ended oligomers formed bilayer crystals, and the methoxy-ended oligomers formed monolayer crystals. The helical oxyethylene blocks were oriented normal to the layer-crystal end-group plane, whilst the trans-planar alkyl blocks were generally tilted at an angle delta = 60-degrees. The melting temperature and enthalpy of fusion were higher for hydroxy-ended oligomers than for corresponding methoxy-ended oligomers.

Site specificity of glycation and carboxymethylation of bovine serum albumin by fructose

We report an investigation of the site specificity, extent and nature of modification of bovine serum albumin (BSA) incubated with fructose or glucose at physiological temperature and pH. Sites of early glycation (Heyns rearrangement products (HRP) from fructose; fructoselysine (FL) from glucose) as well as advanced glycation (N-epsilon-(carboxymethyl)lysine; CML) wereanalyzed by liquid chromatography-mass spectrometry. The major site of modification by fructose, like glucose, is Lysine-524 and this results in, respectively, 31 and 76% loss of the corresponding unmodified tryptic peptide, Gln525-Lys533. In addition, total lysine, HRP, FL, CML and N-epsilon-(carboxyethyl)lysine in the incubations, was quantified. Almost all of the loss of lysine in the fructose-modified BSA was attributed to the formation of CML, with the yield of CML being up to 17-fold higher than glucose-modified BSA. A mechanism for the formation of CML from the HRP is proposed.

Preparation of highly stable oligo (ethylene glycol) derivatives-functionalized gold nanoparticles and their application in LSPR-Based detection of PSA/ACT complex

A sandwich immunoassay for PSA/ACT complex detection based on gold nanoparticle aggregation using two probes was developed. The functionalized colloidal gold nanoparticles (AuNPs) showed highly stable not only in the presence of high ionic strength but also in a wide pH range. The functionalized AuNPs were tagged with PSA/ACT complex monoclonal antibody and goat PSA polyclonal antibody and served as the probes to induce aggregation of the colloidal particles. As a result, PSA/ACT complex was detected at concentrations as low as 1 ng/ml. This is the first time that a new aggregation sandwich-immunoassay technique using two gold probes has been used, and the results are generally applicable to other LSPR-based immunoassays.

Fructose Chemistry

Fructose is a six-carbon ketose monosaccharide. In aqueous solution and in the crystalline form, the majority of the molecules form ring structures. Of these, the six-membered pyranose form is the most abundant; however, about one-quarter of the molecules are in the five-membered, furanose form. While many of its reactions are similar to those of glucose, the presence of a ketone group in the chain, and the relative ease with which the molecule forms a five-membered furanose ring affects its chemistry and biochemistry. Specific pathways are required to enable organisms to exploit fructose in energy metabolism; these require the enzyme fructokinase and involve the conversion of fructose to glycolytic intermediates. Similarly, specific pathways for the biosynthesis of fructose and fructose-containing polymers, such as inulin, are required. Non-enzymatic glycation (fructation) by fructose has not been as extensively studied as the corresponding reactions with glucose. Nevertheless, especially in diabetic patients and fructose-rich foodstuffs, this reaction is likely to be important.

Oligo switches: photoresponsive oligonucleotide conjugates by solid-supported click chemistry

Photoresponsive oligonucleotides (ONs) incorporating isoxazole-linked azobenzene (AB) moieties were prepared by resin-supported nitrile oxide-alkyne cycloaddition (NOAC) chemistry. The thermal and photochromic properties of the modified ONs were significantly influenced by the extent of pi-conjugation between the isoxazole and the AB modules.

Urothelial cancer gene regulatory networks inferred from large-scale RNAseq, Bead and Oligo gene expression data

BACKGROUND: Urothelial pathogenesis is a complex process driven by an underlying network of interconnected genes. The identification of novel genomic target regions and gene targets that drive urothelial carcinogenesis is crucial in order to improve our current limited understanding of urothelial cancer (UC) on the molecular level. The inference of genome-wide gene regulatory networks (GRN) from large-scale gene expression data provides a promising approach for a detailed investigation of the underlying network structure associated to urothelial carcinogenesis.

METHODS: In our study we inferred and compared three GRNs by the application of the BC3Net inference algorithm to large-scale transitional cell carcinoma gene expression data sets from Illumina RNAseq (179 samples), Illumina Bead arrays (165 samples) and Affymetrix Oligo microarrays (188 samples). We investigated the structural and functional properties of GRNs for the identification of molecular targets associated to urothelial cancer.

RESULTS: We found that the urothelial cancer (UC) GRNs show a significant enrichment of subnetworks that are associated with known cancer hallmarks including cell cycle, immune response, signaling, differentiation and translation. Interestingly, the most prominent subnetworks of co-located genes were found on chromosome regions 5q31.3 (RNAseq), 8q24.3 (Oligo) and 1q23.3 (Bead), which all represent known genomic regions frequently deregulated or aberated in urothelial cancer and other cancer types. Furthermore, the identified hub genes of the individual GRNs, e.g., HID1/DMC1 (tumor development), RNF17/TDRD4 (cancer antigen) and CYP4A11 (angiogenesis/ metastasis) are known cancer associated markers. The GRNs were highly dataset specific on the interaction level between individual genes, but showed large similarities on the biological function level represented by subnetworks. Remarkably, the RNAseq UC GRN showed twice the proportion of significant functional subnetworks. Based on our analysis of inferential and experimental networks the Bead UC GRN showed the lowest performance compared to the RNAseq and Oligo UC GRNs.

CONCLUSION: To our knowledge, this is the first study investigating genome-scale UC GRNs. RNAseq based gene expression data is the data platform of choice for a GRN inference. Our study offers new avenues for the identification of novel putative diagnostic targets for subsequent studies in bladder tumors.

A new look towards BAC-based array CGH through a comprehensive comparison with oligo-based array CGH

BACKGROUND: Currently, two main technologies are used for screening of DNA copy number; the BAC (Bacterial Artificial Chromosome) and the recently developed oligonucleotide-based CGH (Chromosomal Comparative Genomic Hybridization) arrays which are capable of detecting small genomic regions with amplification or deletion. The correlation as well as the discriminative power of these platforms has never been compared statistically on a significant set of human patient samples.

RESULTS: In this paper, we present an exhaustive comparison between the two CGH platforms, undertaken at two independent sites using the same batch of DNA from 19 advanced prostate cancers. The comparison was performed directly on the raw data and a significant correlation was found between the two platforms. The correlation was greatly improved when the data were averaged over large chromosomic regions using a segmentation algorithm. In addition, this analysis has enabled the development of a statistical model to discriminate BAC outliers that might indicate microevents. These microevents were validated by the oligo platform results.

CONCLUSION: This article presents a genome-wide statistical validation of the oligo array platform on a large set of patient samples and demonstrates statistically its superiority over the BAC platform for the Identification of chromosomic events. Taking advantage of a large set of human samples treated by the two technologies, a statistical model has been developed to show that the BAC platform could also detect microevents.

Fructose toxicity: is the science ready for public health actions?

PURPOSE OF REVIEW: The assumption that fructose may be toxic and involved in the pathogenesis of noncommunicable diseases such as obesity, diabetes mellitus, dyslipidemia, and even cancer has resulted in the call for public health action, such as introducing taxes on sweetened beverages. This review evaluates the scientific basis for such action. RECENT FINDINGS: Although some studies hint towards some potential adverse effects of excessive fructose consumption especially when combined with excess energy intake, the results from clinical trials do not support a significant detrimental effect of fructose on metabolic health when consumed as part of a weight-maintaining diet in amounts consistent with the average-estimated fructose consumption in Western countries. However, definitive studies are missing. SUMMARY: Public health policies to eliminate or limit fructose in the diet should be considered premature. Instead, efforts should be made to promote a healthy lifestyle that includes physical activity and nutritious foods while avoiding intake of excess calories until solid evidence to support action against fructose is available. Public health is almost certainly to benefit more from policies that are aimed at promoting what is known to be good than from policies that are prohibiting what is not (yet) known to be bad.

PPARβ/δ ameliorates fructose-induced insulin resistance in adipocytes by preventing Nrf2 activation

We studied whether PPARβ/δ deficiency modifies the effects of high fructose intake (30% fructose in drinking water) on glucose tolerance and adipose tissue dysfunction, focusing on the CD36-dependent pathway that enhances adipose tissue inflammation and impairs insulin signaling. Fructose intake for 8weeks significantly increased body and liver weight, and hepatic triglyceride accumulation in PPARβ/δ-deficient mice but not in wild-type mice. Feeding PPARβ/δ-deficient mice with fructose exacerbated glucose intolerance and led to macrophage infiltration, inflammation, enhanced mRNA and protein levels of CD36, and activation of the JNK pathway in white adipose tissue compared to those of water-fed PPARβ/δ-deficient mice. Cultured adipocytes exposed to fructose also exhibited increased CD36 protein levels and this increase was prevented by the PPARβ/δ activator GW501516. Interestingly, the levels of the nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2), a transcription factor reported to up-regulate Cd36 expression and to impair insulin signaling, were increased in fructose-exposed adipocytes whereas co-incubation with GW501516 abolished this increase. In agreement with Nrf2 playing a role in the fructose-induced CD36 protein level increases, the Nrf2 inhibitor trigonelline prevented the increase and the reduction in insulin-stimulated AKT phosphorylation caused by fructose in adipocytes. Protein levels of the well-known Nrf2 target gene NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1 (Nqo1) were increased in water-fed PPARβ/δ-null mice, suggesting that PPARβ/δ deficiency increases Nrf2 activity; and this increase was exacerbated in fructose-fed PPARβ/δ-deficient mice. These findings indicate that the combination of high fructose intake and PPARβ/δ deficiency increases CD36 protein levels via Nrf2, a process that promotes chronic inflammation and insulin resistance in adipose tissue.

The relationship between fructose consumption and risk of obesity in two Aboriginal populations

Résumé La prédominance de l'obésité qui touche les enfants et les adultes a augmenté dans le monde entier ces dernières décennies. Les différentes études épidémiologiques ont prouvé que l'obésité est devenue une préoccupation profonde de santé aux États-Unis et au Canada. Il a été montré que l'obésité a beaucoup d’effets sur la santé ainsi il serait important de trouver différentes causes pour le gain de poids. Il est clair que l'obésité soit la condition de multiples facteurs et implique des éléments génétiques et environnementaux. Nous nous concentrons sur les facteurs diététiques et particulièrement le fructose où sa consommation a parallèlement augmenté avec l'augmentation du taux d'obésité. La forme principale du fructose est le sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS) qui est employé en tant qu'édulcorant primordial dans la plupart des boissons et nourritures en Amérique du Nord. Il a été suggéré que la prise du fructose serait probablement un facteur qui contribue à l’augmentation de la prédominance de l'obésité. L'objectif de cette étude était d'évaluer s'il y a un rapport entre la consommation du fructose et le risque d'obésité. Nous avons travaillé sur deux bases de données des nations Cree et Inuit. Nous avons eu un groupe de 522 adultes Cree, (263 femmes et 259 hommes) dans deux groupes d'âge : les personnes entre 20 et 40 ans, et les personnes de 40 à 60 ans. Nous les avons classés par catégorie en quatre groupes d'indice de masse corporelle (IMC). L'outil de collecte de données était un rappel de 24 heures. En revanche, pour la base de données d'Inuit nous avons eu 550 adultes (301 femmes et 249 hommes) dans deux groupes d'âge semblables à ceux du Cree et avec 3 catégories d’indice de masse corporelle. Les données dans la base d'Inuit ont été recueillies au moyen de deux rappels de 24 heures. Nous avons extrait la quantité de fructose par 100 grammes de nourriture consommés par ces deux populations et nous avons créé des données de composition en nourriture pour les deux. Nous avons pu également déterminer les sources principales du fructose pour ces populations. Aucun rapport entre la consommation du fructose et l’augmentation de l’indice de masse corporelle parmi les adultes de Cree et d'Inuit n’a été détecté. Nous avons considéré l’apport énergétique comme facteur confondant potentiel et après ajustement, nous avons constaté que l'indice de masse corporelle a été associé à l’apport énergétique total et non pas à la consommation du fructose. Puisque dans les études qui ont trouvé une association entre la consommation de fructose et l’obésité, le niveau de la consommation de fructose était supérieure à 50 grammes par jour et comme dans cette étude ce niveau était inférieur à cette limite (entre 20.6 et 45.4 g/jour), nous proposons que des effets negatifs du fructose sur la masse corporelle pourraient être testés dans des populations à plus haute consommation. Les essais cliniques randomisés et éventuelles études cohortes avec différents niveaux de consommation de fructose suivis à long terme pourraient aussi être utiles. Mots clés : fructose, sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS), obésité et poids excessif

Étude structure-fonction des fructose-1,6-bisphosphate aldolases métallo-dépendantes : mécanisme catalytique et développement d’antimicrobiens

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Oligo(p-Phenylenevinylene) Derived Organogels: A Novel Class of Functional Supramolecular Materials

The main objective of the present study is to have a detailed investigation on the gelation properties, morphology and optical properties of small π-conjugated oligomers. For this purpose we have chosen oligo(p-phenylenevinylene)s (OPVs), a class of molecules which have received considerable attention due to their unique optical and electronic properties. Though a large number of reports are available in the literature on the self-assembly properties of tailor made OPVs, none of them pertain to the design of nanostructures based on organogels. In view of this, we aimed at the creation of functional chromophoric assemblies of π-conjugated OPVs through the formation of organogels, with the objective of crafting nanoscopic assemblies of different size and shape thereby modulating their optical and electronic properties.In order to fulfill the above objectives, the design and synthesis of a variety of OPVs with appropriate structural variations were planned. The design principle involves the derivatization of OPVs with weak H-bonding hydroxymethyl end groups and with long aliphatic hydrocarbon side chains. The noncovalent interactions in these molecules were expected to lead the formation of supramolecular assembly and gels in hydrocarbon solvents. In such an event, detailed study of gelation and extensive analysis of the morphology of the gel structures were planned using advanced microscopic techniques. Since OPVs are strongly fluorescent molecules, gelation is expected to perturb the optical properties. Therefore, detailed study on the gelation induced optical properties as a way to probe the nature and stability of the selfassembly was planned. Apart from this, the potential use of the modulation of the optical properties for the purpose of light harvesting was aimed. The approach to this problem was to entrap an appropriate energy trap to the OPV gel matrix which may lead to the efficient energy transfer from the OPV gel based donor to the entrapped acceptor. The final question that we wanted to address in this investigation was the creation of helical nanostructures through proper modification of the OPV backbone With chiral handles.The present thesis is a detailed and systematic approach to the realization of the above objectives which are presented in different chapters of the thesis.