The Nrf2-ARE activation protect neurones against oxidative stress

Oxidative stress has been implicated in the pathogenesis of many neurodegenerative diseases including Alzheimer’s disease. The transcription factor, Nrf2 (nuclear factor E2-related factor 2) that binds to the antioxidant responsive element (ARE) activates a battery of genes encoding enzymes and factors essential for neuronal survival. We have investigated the hypothesis that a downstream product of cyclooxygenase(COX-2), 15-deoxy-delta (12, 14)-prostagland in J2 (15d-PGJ2) has protective effects by activating the Nrf2 pathway during oxidative stress.Human neuroblastoma cells (SHSY5Y) were differentiated intoneuronal-like cells as described previously (Gimenez-Cassina et al.,2006). SHSY5Y cells were co-treated with 10 mM buthionine sulfoximine (BSO) 7 10 mM 15d-PGJ2. Cell viability was measured by MTT assay and cellular glutathione (GSH) levels were measured after treating cells for0.5-24 hours by GSH recycling assay. Cellular Nrf2 levels were determined by immunoblotting. IL-6 levels were measured by ELISA.15d-PGJ2 alone lowered GSH levels 30min after the treatment(12.870.64 nmol/mg protein) and returned to untreated control levels at 16hours (28.173.6 nmol/mg protein; Po0.01). Compared to intracellular GSH levels in untreated cells (27.871.8 nmol/mg protein) BSO treatment alone significantly decreased GSH (9.672.1 nmol/mg protein;Po0.001) but co-incubation with 15d-PGJ2 for 24 hours prevented the depletion elicited by BSO(21.372.7 nmol/mg protein). Compared to untreated cells BSO treatment decrease dIL-6 secretion (from 0.941.6ng/ml to 0.6971.3ng/ml) and total Nrf2 protein levels (by21%). Co-incubation with15d-PGJ2 for 24 hours with BSO did not change IL-6(0.6771.4ng/ml) or total Nrf2 level at any time point. This study suggests that neuronal toxicity resulting from glutathione depletion canbere stored by the induction of Nrf2-ARE pathway and the role of the Nrf2 signalling merits further investigation in neurodegenerative diseases.

Immunomodulation by shark cartilage extracts

The immune system is composed of innate and adaptive mechanisms. Innate immune responses are significantly modulated by immunomodulatory factors that act through the induction of specific patterns of cytokine production in responding cells. Human leukocytes have been shown to respond to substance(s) present in acid extracts of commercial shark cartilage (SC). Shark cartilage is a food supplement taken by consumers as a prophylaxis and for the treatment of conditions ranging from arthritis to cancer. No reliable scientific evidence in the literature supports the alleged usefulness of shark cartilage supplements, but their use remains popular. Cartilage extracts exhibit immunomodulatory properties by inducing various inflammatory, Th1-type cytokines and potent chemokines in human peripheral blood leukocytes (HPBL) in vitro. The objectives of the study were to (1) to determine the nature of the active component(s), (2) to define the scope of cellular response to SC extract, and (3) to elucidate the molecular mechanisms underlying bioactivity. Results showed that there are at least two cytokine-inducing components which are acid stable. One anionic component has been identified as a small (14-21 kDa) glycoprotein with at least 40% carbohydrate content. Shark cartilage stimulated HPBL to produce cytokines resembling an inflammatory, Th1 polarized response. Leukocyte-specific responses consist of both initial cytokine responses to SC directly (i.e., TNF-α) and secondary responses such as the IFN-γ response by lymphocytes following initial SC stimulation. Response of RAW cells, a murine macrophage cell line, indicated that TNF-á could be induced in macrophages of another mammalian species in the absence of other cell types. The results suggest that the human monocyte/macrophage is most likely to be the initial responding cell to SC stimulation. Stimulation of cells appears to engage at least one ligand-receptor interaction with TLR 4, although the role of TLR 2 cannot be ruled out. Initial activation is likely followed by the activation of the JNK and p38 MAPK signal transduction pathways resulting in activation, release, and translocation of transcription factor nuclear factor κB (Nf-κB). This dissertation research study represents the first in-depth study into characterizing the bioactive component(s) of commercial shark cartilage responsible for its immunomodulating properties and defining cellular responses at the molecular level.

Efeitos da azilsartana sobre a doença periodontal em um modelo experimental com ratos wistar

Periodontal diseases, highly prevalent disease in worldwide population, manifest primarily in two distinct entities: plaque-induced gingivitis and periodontitis. Periodontitis is a chronic inflammatory disease characterized of different levels of collagen, cementum, and alveolar bone destruction. Recent experimental studies demonstrated anti-inflammatory and antirreabsortive effect of antihypertensive agents of the angiotensin II receptor blockers class on periodontal disease. The aim of this study was to evaluate the effects of azilsartan (AZT), a potent inhibitor of the angiotensin II receptor which has minimal adverse effects on bone loss, inflammation, and the expression of matrix metallo proteinases (MMPs), receptor activator of nuclear factor kB ligand (RANKL), receptor activator of nuclear factor kB (RANK), osteoprotegerin (OPG), cyclooxygenase-2 (COX-2), and cathepsin K in periodontal tissue in a rat model of ligature-induced periodontitis. Male Wistar albino rats were randomly divided into 5 groups of 20 rats each: (1) nonligated, water; (2) ligated, water; (3) ligated, 1 mg/kg AZT; (4) ligated, 5 mg/kg AZT; and (5) ligated, 10 mg/kg AZT. All groups were treated with water or AZT for 10 days. Periodontal tissues were analyzed by morphometric exam, histopathology and immunohistochemical detection of MMP-2, MMP-9, COX-2, RANKL, RANK, OPG, and cathepsin K. Levels of IL-1b, IL-10, TNF-a, myeloperoxidase (MPO), and glutathione (GSH) were determined by ELISA. Treatment with 5 mg/kg AZT resulted in reduced MPO (p˂0.05) and IL-1b (p˂0.05) levels and increased in Il-10 levels (p˂0.05). It was observed a reduced expression of MMP-2, MMP-9, COX-2, RANK, RANKL, cathepsin K, and a increased expression of OPG in the animals subjected to experimental periodontitis and threated with AZT (5 mg/kg). Conclusions: These findings suggest an anti-inflammatory and anti-reabsortive effects of AZT on ligature-induced periodontitis in rats.

Avaliação do efeito da inibição do reparo de sítios abásicos na resposta inflamatória celular

Base excision repair (BER) proteins has been associated with functions beyond DNA repair. Apurynic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) is a multifunctional protein involved in a plethora of cellular activities, such as redox activation of transcription factors, RNA processing and DNA repair. Some studies have described the action of the protein 8-oxoguanine (OGG1) in correcting oxidized lesions in promoters as a step in the transcription of pro-inflammatory cytokines. Despite being especially important in redox activation of transcription factors such as nuclear factor κB (NF-κB) and AP- 1, the repair activity of APE1 has not yet been associated with the inflammatory response. In this study, experimental and bioinformatic analysis approaches have been used to investigate the relationship between inhibition of the repair of abasic sites in DNA by MX, a synthetic molecule designed to inhibt the repair activity of APE1, and the modulation of the inflammatory response. The results showed that treatment of monocytes with lipopolysaccharide (LPS) and MX reduced the expression of cytokines, chemokines and toll-like receptors, and negatively regulated biological immune processes, as macrophages activation, and NF-κB and tumor necrosis factor (TNF-α) and interferon pathways, without inducing cell death. The transcriptomic analysis suggests that LPS/MX treatment induces mitochondrial dysfunction, endoplasmic reticulum stress and activation of autophagy pathways, probably activated by impairment of cellular energy and/or the accumulation of nuclear and mitochondria DNA damage. Additionally, it is proposed that the repair activity of APE1 is required for transcription of inflammatory genes by interaction with abasic sites at specific promoters and recruitment of transcriptional complexes during inflammatory signaling. This work presents a new perspective on the interactions between the BER activity and the modulation of inflammatory response, and suggests a new activity for APE1 protein as modulator of the immune response in a redox-independent manner.

Rôle de NF-kappaB dans la progression du cancer de la prostate : études clinicopathologiques et moléculaires

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

Pyrrolidine Dithiocarbamate Prevents Neuroinflammation and Cognitive Dysfunction after Endotoxemia in Rats.

Systemic inflammation, for example as a result of infection, often contributes to long-term complications. Neuroinflammation and cognitive decline are key hallmarks of several neurological conditions, including advance age. The contribution of systemic inflammation to the central nervous system (CNS) remains not fully understood. Using a model of peripheral endotoxemia with lipopolysaccharide (LPS) we investigated the role of nuclear factor-κB (NF-κB) activity in mediating long-term neuroinflammation and cognitive dysfunction in aged rats. Herein we describe the anti-inflammatory effects of pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), a selective NF-κB inhibitor, in modulating systemic cytokines including tumor necrosis factor (TNF)-α and interleukin-1β (IL-1β) and CNS markers after LPS exposure in aged rats. In the hippocampus, PDTC not only reduced neuroinflammation by modulating canonical NF-κB activity but also affected IL-1β expression in astrocytes. Parallel effects were observed on behavior and postsynaptic density-95 (PSD95), a marker of synaptic function. Taken together these changes improved acute and long-term cognitive function in aged rats after LPS exposure.

Rôle de NF-kappaB dans la progression du cancer de la prostate : études clinicopathologiques et moléculaires

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

A compendium of myeloma-associated chromosomal copy number abnormalities and their prognostic value.

To obtain a comprehensive genomic profile of presenting multiple myeloma cases we performed high-resolution single nucleotide polymorphism mapping array analysis in 114 samples alongside 258 samples analyzed by U133 Plus 2.0 expression array (Affymetrix). We examined DNA copy number alterations and loss of heterozygosity (LOH) to define the spectrum of minimally deleted regions in which relevant genes of interest can be found. The most frequent deletions are located at 1p (30%), 6q (33%), 8p (25%), 12p (15%), 13q (59%), 14q (39%), 16q (35%), 17p (7%), 20 (12%), and 22 (18%). In addition, copy number-neutral LOH, or uniparental disomy, was also prevalent on 1q (8%), 16q (9%), and X (20%), and was associated with regions of gain and loss. Based on fluorescence in situ hybridization and expression quartile analysis, genes of prognostic importance were found to be located at 1p (FAF1, CDKN2C), 1q (ANP32E), and 17p (TP53). In addition, we identified common homozygously deleted genes that have functions relevant to myeloma biology. Taken together, these analyses indicate that the crucial pathways in myeloma pathogenesis include the nuclear factor-κB pathway, apoptosis, cell-cycle regulation, Wnt signaling, and histone modifications. This study was registered at http://isrctn.org as ISRCTN68454111.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Regulation of osteoclast activation and autophagy through altered protein kinase pathways in Paget's disease of bone

Résumé : La maladie osseuse de Paget (MP) est un désordre squelettique caractérisé par une augmentation focale et désorganisée du remodelage osseux. Les ostéoclastes (OCs) de MP sont plus larges, actifs et nombreux, en plus d’être résistants à l’apoptose. Même si la cause précise de la MP demeure inconnue, des mutations du gène SQSTM1, codant pour la protéine p62, ont été décrites dans une proportion importante de patients avec MP. Parmi ces mutations, la substitution P392L est la plus fréquente, et la surexpression de p62P392L dans les OCs génère un phénotype pagétique partiel. La protéine p62 est impliquée dans de multiples processus, allant du contrôle de la signalisation NF-κB à l’autophagie. Dans les OCs humains, un complexe multiprotéique composé de p62 et des kinases PKCζ et PDK1 est formé en réponse à une stimulation par Receptor Activator of Nuclear factor Kappa-B Ligand (RANKL), principale cytokine impliquée dans la formation et l'activation des OCs. Nous avons démontré que PKCζ est impliquée dans l’activation de NF-κB induite par RANKL dans les OCs, et dans son activation constitutive en présence de p62P392L. Nous avons également observé une augmentation de phosphorylation de Ser536 de p65 par PKCζ, qui est indépendante d’IκB et qui pourrait représenter une voie alternative d'activation de NF-κB en présence de la mutation de p62. Nous avons démontré que les niveaux de phosphorylation des régulateurs de survie ERK et Akt sont augmentés dans les OCs MP, et réduits suite à l'inhibition de PDK1. La phosphorylation des substrats de mTOR, 4EBP1 et la protéine régulatrice Raptor, a été évaluée, et une augmentation des deux a été observée dans les OCs pagétiques, et est régulée par l'inhibition de PDK1. Également, l'augmentation des niveaux de base de LC3II (associée aux structures autophagiques) observée dans les OCs pagétiques a été associée à un défaut de dégradation des autophagosomes, indépendante de la mutation p62P392L. Il existe aussi une réduction de sensibilité à l’induction de l'autophagie dépendante de PDK1. De plus, l’inhibition de PDK1 induit l’apoptose autant dans les OCs contrôles que pagétiques, et mène à une réduction significative de la résorption osseuse. La signalisation PDK1/Akt pourrait donc représenter un point de contrôle important dans l’activation des OCs pagétiques. Ces résultats démontrent l’importance de plusieurs kinases associées à p62 dans la sur-activation des OCs pagétiques, dont la signalisation converge vers une augmentation de leur survie et de leur fonction de résorption, et affecte également le processus autophagique.

Avaliação do efeito citotóxico da lectina da esponja marinha Cliona varians contra células de leucemia mielóide crônica

In this study, a BCR-ABL expressing human chronic myelogenous leukaemia cell line (K562) was used to investigate the antitumoral potential of a novel lectin (CvL) purified from the marine sponge Cliona varians. CvL inhibited the growth of K562 cells with an IC50 value of 70 g/ml, but was ineffective to normal human peripheral blood lymphocytes in the same range of concentrations tested (180 g/ml). Cell death occurred after 72 h of exposure to the lectin and with sign of apoptosis as analysed by DAPI staining. Investigation of the possible effectors of this process showed that cell death occurred in the presence of Bcl-2 and Bax expression, and involved a caspase-independent pathway. Confocal fluorescence microscopy indicated a major role for the lysosomal protease cathepsin B in mediating cell death. Accordingly, pre-incubation of K562 cells with the cathepsin inhibitor L-trans-epoxysuccinyl-L-leucylamido-(4-guanidino)butane (E-64) abolished the cytotoxic effect of CvL. Furthermore, we found upregulation of tumor necrosis factor receptor 1 (TNFR1) and down-modulation of p65 subunit of nuclear factor kappa B (NFB) expression in CvL-treated cells. These effects were accompanied by increased levels of p21 and downmodulation of pRb, suggesting that CvL is capable of cell cycle arrest. Collectively, these findings suggest that cathepsin B acts as death mediator in CvL-induced cytotoxicity possibly in a still uncharacterized connection with the membrane death receptor pathway

Soybean lunasin mediates colon carcinogenesis by inducing apoptosis and preventing outgrowth of metastasis

Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer worldwide. Various factors such as age, lifestyle and dietary patterns affect the risk of having CRC. Epidemiological studies showed a chemopreventive effect of soy consumption against CRC. However, which component(s) of soybean is associated with this reduced risk is not yet fully delineated. The objective of this research was to evaluate the anti-colon cancer potential of lunasin isolated from defatted soybean flour using in vitro and in vivo models of CRC. Lunasin was isolated from defatted soybean flour by a combination of different chromatographic and ultrafiltration techniques. The anti-colon cancer potential of lunasin was determined using different human colon cancer cell lines in vitro and a CRC liver metastasis model in vivo. Lunasin caused cytotoxicity to different human colon cancer cells with an IC50 value of 13.0, 21.6, 26.3 and 61.7 µM for KM12L4, RKO, HCT-116 and HT-29 human colon cancer cells, respectively. This cytotoxicity correlated with the expression of the α5 integrin on human colon cancer cells with a correlation coefficient of 0.78. The mechanism involved in the cytotoxic effect of lunasin was through cell cycle arrest and induction of the mitochondrial pathway of apoptosis. In KM12L4 human colon cancer cells, lunasin caused a G2/M phase arrest increasing the percentage of cells at G2/M phase from 12% (PBS-treated) to 24% (treated with 10 µM lunasin). This arrest was attributed to the capability of lunasin to increase the expression of cyclin dependent kinase inhibitors p21 and p27. At 10 µM, lunasin increased the expression of p21 and p27 in KM12L4 colon cancer cells by 2.2- and 2.3-fold, respectively. Flow cytometric analysis showed that lunasin at 10 µM increased the percentage of cells undergoing apoptosis from 13.6% to 24.7%. This is further supported by fluorescence microscopic analysis of KM12L4 cells treated with 10 µM lunasin showing chromatin condensation and DNA fragmentation. The mechanism involved is through modification of proteins involved in the mitochondrial pathway of apoptosis in KM12L4 cells as 10 µM lunasin reduced the expression of the anti-apoptotic Bcl-2 protein by 2-fold and increased the expression of the pro-apoptotic proteins Bax, cytochrome c and nuclear clusterin by 2.2-, 2.1- and 2.3- fold, respectively. This led to increased expression and activity of the executioner of apoptosis, caspase-3 by 1.8- and 2.3-fold, respectively. This pro-apoptotic property of lunasin can be attributed to its capability to internalize into the cytoplasm and nucleus of colon cancer cells 24 h and 72 h after treatment, respectively. In addition, lunasin mediated metastasis of colon cancer cells in vitro by inhibiting the focal adhesion kinase activation thereby reducing expression of extracellular regulated kinase and nuclear factor kappa B and finally inhibiting migration of colon cancer cells. In KM12L4 colon cancer cells, 10 µM lunasin resulted in the reduction of phosphorylation of focal adhesion kinase and extracellular regulated kinase by 2.5-fold, resulting in the reduced nuclear translocation of p50 and p65 NF-κB subunits by 3.8- and 1.4-fold, respectively. In an in vivo model of CRC liver metastasis, daily intraperitoneal administration of lunasin at 4 mg/kg body weight resulted in the inhibition of KM12L4 liver metastasis as shown by the reduction of the number of liver metastases from 28 (PBS-treated) to 14 (lunasin-treated, P = 0.047) and reduction in tumor burden as measured by liver weight/body weight from 0.13 (PBS-treated) to 0.10 (lunasin-treated, P = 0.039). Moreover, lunasin potentiated the anti-metastatic effect of the chemotherapeutic drug oxaliplatin given at 5 mg/kg body weight twice per week. Lunasin and oxaliplatin combination resulted in a more potent inhibition of outgrowth of KM12L4 cell metastases to the liver reducing the number of liver metastases by 6-fold and reducing the tumor burden in the liver by 3-fold when compared to PBS-treated group. This can be attributed by the capability of lunasin and oxaliplatin to reduce expression of proliferating cell nuclear antigen in liver-tumor tissue as measured by immunohistochemical staining. The results of this research for the first time demonstrated the anti-colon cancer potential of lunasin isolated from defatted soybean flour which might contribute to the chemopreventive effect of soybean in CRC as seen in different epidemiological studies. In conclusion, lunasin isolated from defatted soybean flour mediated colon carcinogenesis by inducing apoptosis and preventing outgrowth of metastasis. We suggest that the results of this research serve as a basis for further study on the chemopreventive effect of lunasin against CRC and a possible adjuvant role for lunasin in therapy of patients with metastatic CRC.

Avaliação das propriedades farmacológicas de polissacarídeos do fungo Scleroderma nitidum

Several pharmacological properties have been attributed to isolated compounds from mushroom. Recently, have these compounds, especially the polysaccharides derived from mushrooms, modulate the immune system, and its antitumor, antiviral, antibiotic and antiinflammatory activities. This study assesses the possible pharmacological properties of the polysaccharides from Scleroderma nitidum mushroom. The centesimal composition of the tissue showed that this fungus is composed mainly of fibers (35.61%), ash (33.69%) and carbohydrates (25.31%). The chemical analysis of the polysaccharide fraction showed high levels of carbohydrates (94.71%) and low content of protein (5.29%). These polysaccharides are composed of glucose, galactose, mannose and fucose in the following molar ratios 0.156, 0.044, 0.025, 0.066 and the infrared analysis showed a possible polysaccharide-protein complex. The polysaccharides from Scleroderma nitidum showed antioxidant potential with concentration-dependent antioxidant activity compared to ascorbic acid. The analysis scavenging of superoxide radical and inhibition of lipid peroxidation showed that the polysaccharides from S. nitidum have an IC50 of 12.70 mg/ml and EC50 10.4 μg/ml, respectively. The antioxidant activity was confirmed by the presence of reducing potential of these polysaccharides. The effect of these polymers on the inflammatory process was tested using the carrageenan or histamine-induced paw edema model and the sodium thioglycolate or zymosan-induced model. The polysaccharides were effective in reducing edema (73% at 50 mg/kg) and cell infiltrate (37% at 10 mg/kg) in both inflammation models tested. Nitric oxide, a mediator in the inflammatory process, showed a reduction of around 26% at 10 mg/kg of body weight. Analysis of pro- and anti-inflammatory cytokines showed that in the groups treated with polysaccharides from S. nitidum there was an increase in cytokines such as IL-1ra, IL-10, and MIP-1β concomitant with the decrease in INF-γ (75%) and IL-2 (22%). We observed the influence of polysaccharides on the modulation of the expression of nuclear factor κB. Thus, polysaccharides from S. nitidum reduced the expression of NF-κB by up to 64%. The results obtained suggest that NF-κB modulation is one of the possible mechanisms that explain the anti-inflammatory effect of polysaccharides from the fungus S. nitidum.

Effect of remote ischaemic preconditioning in cardiac dysfunction and end-organ injury following cardiac surgery with cardiopulmonary bypass in children: A translational approach investigating clinical outcome and myocardial molecular biology

Congenital heart disease (CHD) is the most common birth defect, causing an important rate of morbidity and mortality. Treatment of CHD requires surgical correction in a significant percentage of cases which exposes patients to cardiac and end organ injury. Cardiac surgical procedures often require the utilisation of cardiopulmonary bypass (CPB), a system that replaces heart and lungs function by diverting circulation into an external circuit. The use of CPB can initiate potent inflammatory responses, in addition a proportion of procedures require a period of aortic cross clamp during which the heart is rendered ischaemic and is exposed to injury. High O2 concentrations are used during cardiac procedures and when circulation is re-established to the heart which had adjusted metabolically to ischaemia, further injury is caused in a process known as ischaemic reperfusion injury (IRI). Several strategies are in place in order to protect the heart during surgery, however injury is still caused, having detrimental effects in patients at short and long term. Remote ischaemic preconditioning (RIPC) is a technique proposed as a potential cardioprotective measure. It consists of exposing a remote tissue bed to brief episodes of ischaemia prior to surgery in order to activate protective pathways that would act during CPB, ischaemia and reperfusion. This study aimed to assess RIPC in paediatric patients requiring CHD surgical correction with a translational approach, integrating clinical outcome, marker analysis, cardiac function parameters and molecular mechanisms within the cardiac tissue. A prospective, single blinded, randomized, controlled trial was conducted applying a RIPC protocol to randomised patients through episodes of limb ischaemia on the day before surgery which was repeated right before the surgery started, after anaesthesia induction. Blood samples were obtained before surgery and at three post-operative time points from venous lines, additional pre and post-bypass blood samples were obtained from the right atrium. Myocardial tissue was resected during the ischaemic period of surgery. Echocardiographic images were obtained before the surgery started after anaesthetic induction and the day after surgery, images were stored for later off line analysis. PICU surveillance data was collected including ventilation parameters, inotrope use, standard laboratory analysis and six hourly blood gas analysis. Pre and post-operative quantitation of markers in blood specimens included cardiac troponin I (cTnI) and B-type natriuretic peptide (BNP), inflammatory mediators including interleukins IL-6, IL-8, IL-10, tumour necrosis factor (TNF-α), and the adhesion molecules ICAM-1 and VCAM-1; the renal marker Cystatin C and the cardiovascular markers asymmetric dymethylarginine (ADMA) and symmetric dymethylarginine (SDMA). Nitric oxide (NO) metabolites and cyclic guanosine monophosphate (cGMP) were measured before and after bypass. Myocardial tissue was processed at baseline and after incubation at hyperoxic concentration during four hours in order to mimic surgical conditions. Expression of genes involved in IRI and RIPC pathways was analysed including heat shock proteins (HSPs), toll like receptors (TLRs), transcription factors nuclear factor κ-B (NF- κ-B) and hypoxia inducible factor 1 (HIF-1). The participation of hydrogen sulfide enzymatic genes, apelin and its receptor were explored. There was no significant difference according to group allocation in any of the echocardiographic parameters. There was a tendency for higher cTnI values and inotropic score in control patients post-operatively, however this was not statistically significant. BNP presented no significant difference according to group allocation. Inflammatory parameters tended to be higher in the control group, however only TNF- α was significantly higher. There was no difference in levels of Cystatin C, NO metabolites, cGMP, ADMA or SDMA. RIPC patients required shorter PICU stay, all other clinical and laboratory analysis presented no difference related to the intervention. Gene expression analysis revealed interesting patterns before and after incubation. HSP-60 presented a lower expression at baseline in tissue corresponding to RIPC patients, no other differences were found. This study provided with valuable descriptive information on previously known and newly explored parameters in the study population. Demographic characteristics and the presence of cyanosis before surgery influenced patterns of activity in several parameters, numerous indicators were linked to the degree of injury suffered by the myocardium. RIPC did not reduce markers of cardiac injury or improved echocardiographic parameters and it did not have an effect on end organ function; some effects were seen in inflammatory responses and gene expression analysis. Nevertheless, an important clinical outcome indicator, PICU length of stay was reduced suggesting benefit from the intervention. Larger studies with more statistical power could determine if the tendency of lower injury and inflammatory markers linked to RIPC is real. The present results mostly support findings of larger multicentre trials which have reported no cardiac benefit from RIPC in paediatric cardiac surgery.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.