A family with erythrocytosis establishes a role for prolyl hydroxylase domain protein 2 in oxygen homeostasis

The number of red blood cells is normally tightly regulated by a classic homeostatic mechanism based on oxygen sensing in the kidney. Decreased oxygen delivery resulting from anemia induces the production of erythropoietin, which increases red cell production and hence oxygen delivery. Investigations of erythropoietin regulation identified the transcription factor hypoxia-inducible factor (HIF). HIF is now recognized as being a key regulator of genes that function in a comprehensive range of processes besides erythropoiesis, including energy metabolism and angiogenesis. HIF itself is regulated through the -subunit, which is hydroxylated in the presence of oxygen by a family of three prolyl hydroxylase domain proteins (PHDs)/HIF prolyl hydroxylases/egg-laying-defective nine enzymes. Hydroxylation allows capture by the von Hippel–Lindau tumor suppressor gene product, ubiquitination, and destruction by the proteasome. Here we describe an inherited mutation in a mammalian PHD enzyme. We show that this mutation in PHD2 results in a marked decrease in enzyme activity and is associated with familial erythrocytosis, identifying a previously unrecognized cause of this condition. Our findings indicate that PHD2 is critical for normal regulation of HIF in humans.

Physico-chemical characterization of a recombinant cytoplasmic form of lysine:N6-hydroxylase

A recombinant cytoplasmic preparation of lysine: N6-hydroxylase, IucD398, with a deletion of 47 amino acids at the N-terminus, was purified to homogeneity. IucD398 is capable of N-hydroxylation of L-lysine upon supplementation with FAD and NADPH. The enzyme is stringently specific with L-lysine and (S)-2-aminoethyl-L-cysteine serving as substrates. Protonophores, FCCP and CCCP, as well as cinnamylidene, have been found to serve as potent inhibitors of lysine: N6-hydroxylation by virtue of their ability to interfere in the reduction of the flavin cofactor.

Construction and biochemical characterization of recombinant cytoplasmic forms of the IucD protein (lysine:N6-hydroxylase) encoded by the pColV-K30 aerobactin gene cluster

The aerobactin gene cluster in pColV-K30 consists of five genes (iucABCD iutA); four of these (iucABCD) are involved in aerobactin biosynthesis, whereas the fifth one (iutA) encodes the ferriaerobactin outer membrane receptor. iucD encodes lysine:N6-hydroxylase, which catalyzes the first step in aerobactin biosynthesis. Regardless of the method used for cell rupture, we have consistently found that IucD remains membrane bound, and repeated efforts to achieve a purified and active soluble form of the enzyme have been unsuccessful. To circumvent this problem, we have constructed recombinant IucD proteins with modified amino termini by creating three in-frame gene fusions of IucD to the amino-terminal amino acids of the cytoplasmic enzyme beta-galactosidase. Two of these constructs resulted in the addition to the iucD coding region of a hydrophilic leader sequence of 13 and 30 amino acids. The other construct involved the deletion of the first 47 amino acids of the IucD amino terminus and the addition of 19 amino acids of the amino terminus of beta-galactosidase. Cells expressing any of the three recombinant IucD forms were found to produce soluble N6-hydroxylysine. One of these proteins, IucD439, was purified to homogeneity from the soluble fraction of the cell lysates, and it was capable of participating in the biosynthesis of aerobactin, as determined in vitro by a cell-free system and in vivo by a cross-feeding bioassay. A medium ionic strength of 0.25 (250 mM NaCl) or higher was required to maintain the protein in a catalytically functional, tetrameric state.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Allelic variation at the A218C tryptophan hydroxylase polymorphism influences agitation and aggression in Alzheimer's disease

The behavioural and psychological symptoms of dementia are common, distressing to carers, and directly linked to the requirement for institutional care. Symptoms of aggression and agitation are particularly difficult for carers to tolerate. The origin of these features is unclear although genetic and environmental modification of pre-frontal serotonergic circuitry which regulates the control of negative emotions is proposed. Following the suggestion that the A218C intronic polymorphism of the tryptophan hydroxylase gene influences aggression and anger in non-demented individuals, we tested the influence of A218C on symptoms of agitation/aggression in 396 Alzheimer's disease patients using the Neuropsychiatric Inventory. Overall, 50% of participants experienced agitation/aggression in the month prior to interview. It was observed that male patients with a history of agitation/aggression were more likely to possess C-containing genotypes (P = 0.044, OR = 1.65, CI = 0.98-2.76). We conclude that aggression in male subjects with Alzheimer's disease may be genetically linked to polymorphic variation at the tryptophan hydroxylase gene.

Cholesterol 24S-Hydroxylase overexpression inhibits the liver X receptor (LXR) pathway by activating small guanosine triphosphate-binding proteins (sGTPases) in neuronal cells

The neuronal-specific cholesterol 24S-hydroxylase (CYP46A1) is important for brain cholesterol elimination. Cyp46a1 null mice exhibit severe deficiencies in learning and hippocampal long-term potentiation, suggested to be caused by a decrease in isoprenoid intermediates of the mevalonate pathway. Conversely, transgenic mice overexpressing CYP46A1 show an improved cognitive function. These results raised the question of whether CYP46A1 expression can modulate the activity of proteins that are crucial for neuronal function, namely of isoprenylated small guanosine triphosphate-binding proteins (sGTPases). Our results show that CYP46A1 overexpression in SH-SY5Y neuroblastoma cells and in primary cultures of rat cortical neurons leads to an increase in 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA reductase activity and to an overall increase in membrane levels of RhoA, Rac1, Cdc42 and Rab8. This increase is accompanied by a specific increase in RhoA activation. Interestingly, treatment with lovastatin or a geranylgeranyltransferase-I inhibitor abolished the CYP46A1 effect. The CYP46A1-mediated increase in sGTPases membrane abundance was confirmed in vivo, in membrane fractions obtained from transgenic mice overexpressing this enzyme. Moreover, CYP46A1 overexpression leads to a decrease in the liver X receptor (LXR) transcriptional activity and in the mRNA levels of ATP-binding cassette transporter 1, sub-family A, member 1 and apolipoprotein E. This effect was abolished by inhibition of prenylation or by co-transfection of a RhoA dominant-negative mutant. Our results suggest a novel regulatory axis in neurons; under conditions of membrane cholesterol reduction by increased CYP46A1 expression, neurons increase isoprenoid synthesis and sGTPase prenylation. This leads to a reduction in LXR activity, and consequently to a decrease in the expression of LXR target genes.

A dimensional analysis of the benzylic hydroxylase active site in mortierella isabellina

The spatial limits of the active site in the benzylic hydroxylase enzyme of the fungus Mortierella isabellina were investigated. Several molecular probes were used in incubation experiments to determine the acceptability of each compound by this enzyme. The yields of benzylic alcohols provided information on the acceptability of the particular compound into the active site, and the enantiomeric excess values provided information on the "fit" of acceptable substrates. Measurements of the molecular models were made using Cambridge Scientific Computing Inc. CSC Chem 3D Plus modeling program. i The dimensional limits of the aromatic binding pocket of the benzylic hydroxylase were tested using suitably substituted ethyl benzenes. Both the depth (para substituted substrates) and width (ortho and meta substituted substrates) of this region were investigated, with results demonstrating absolute spatial limits in both directions in the plane of the aromatic ring of 7.3 Angstroms for the depth and 7.1 Angstroms for the width. A minimum requirement for the height of this region has also been established at 6.2 Angstroms. The region containing the active oxygen species was also investigated, using a series of alkylphenylmethanes and fused ring systems in indan, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene and benzocycloheptene substrates. A maximum distance of 6.9 Angstroms (including the 1.5 Angstroms from the phenyl substituent to the active center of the heme prosthetic group of the enzyme) has been established extending directly in ii front of the aromatic binding pocket. The other dimensions in this region of the benzylic hydroxylase active site will require further investigation to establish maximum allowable values. An explanation of the stereochemical distributions in the obtained products has also been put forth that correlates well with the experimental observations.

J.R WB-7a

Brown sediment with clasts ranging from small to large. Grain shape ranges from angular to rounded. Rotation structures and necking structures are common throughout this sample. Lineations can also be seen throughout the sample, along with minor amounts of grain crushing and comet structures.

Statut des transporteurs du cholestérol au niveau de l'intestin et du foie dans le diabète de type 2

La résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) sont caractérisés par une hyperlipidémie. Le but de cette étude est de déterminer si le DT2 contribue au dérèglement du métabolisme du cholestérol au niveau du petit intestin et du foie du Psammomys obesus, un modèle animal nutritionnel d’induction de la résistance à l’insuline et du DT2. L’absorption intestinale du cholestérol est diminuée chez les animaux diabétiques. Cette diminution est associée à une baisse (i) de l’expression génique et protéique de NPC1-L1 qui joue un rôle primordial dans l’absorption du cholestérol au niveau des entérocytes; et (ii) de l’ARNm de l’ABCA1 responsable de l’efflux de cholestérol des cellules intestinales à l’apolipoprotéine A-I et aux HDLs. En ce qui a trait aux transporteurs SR-B1 et Annexin II, aucune différence n’a été observée au niveau intestinal. Toutefois, une diminution significative de l’expression génique de l’ABCG5, un intervenant majeur dans la sécrétion du cholestérol des entérocytes vers la lumière intestinale, est mesurée chez les animaux diabétiques. De plus, l’expression protéique est diminuée pour le PCSK9 et augmentée pour le LDLr au niveau du jéjunum, tandis que la quantité de protéine de l’enzyme HMG-CoA réductase est régulée à la baisse chez les Psammomys obesus diabétiques. Finalement, de tous les facteurs de transcription testés seule une augmentation de LXR et une diminution de PPAR/δ sont détectées au niveau de l’intestin. Au niveau hépatique, il y a (i) une augmentation de la masse protéique de NPC1-L1, SR-BI et Annexin II; (ii) une élévation l’ARNm de SR-BI; (iii) une diminution du contenu protéique de ABCG8 et de l’expression génique de l’ABCG5 et de l’ABCA1; et (iv) une élévation de l’ARNm de LXR et de PPAR/δ, tout comme une baisse de l’expression protéique de SREBP-2. Somme toute, nos résultats montrent que le développement du diabète de type 2 chez le Psammomys obesus entraîne un changement dans la machinerie intra-entérocytaire et hépatocytaire, qui mène à un dérèglement de l’homéostasie du cholestérol.

Les transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 contribuent au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire.

Influence du système endocrinien de la vitamine D dans la régulation de la vitamine D3 25-hydroxylase CYP27A hépatique et intestinale chez l'humain et le rat

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Regulation of intestinal cholesterol transport and metabolism by high glucose levels = Régulation intestinale du transport et du métabolisme du cholestérol par le glucose

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.