The role of T cell subsets and cytokines in the regulation of intracellular bacterial infection

Cellular immune responses are a critical part of the host's defense against intracellular bacterial infections. Immunity to Brucella abortus crucially depends on antigen-specific T cell-mediated activation of macrophages, which are the major effectors of cell-mediated killing of this organism. T lymphocytes that proliferate in response to B. abortus were characterized for phenotype and cytokine activity. Human, murine, and bovine T lymphocytes exhibited a type 1 cytokine profile, suggesting an analogous immune response in these different hosts. In vivo protection afforded by a particular cell type is dependent on the antigen presented and the mechanism of antigen presentation. Studies using MHC class I and class II knockout mice infected with B. abortus have demonstrated that protective immunity to brucellosis is especially dependent on CD8+ T cells. To target MHC class I presentation we transfected ex vivo a murine macrophage cell line with B. abortus genes and adoptively transferred them to BALB/c mice. These transgenic macrophage clones induced partial protection in mice against experimental brucellosis. Knowing the cells required for protection, vaccines can be designed to activate the protective T cell subset. Lastly, as a new strategy for priming a specific class I-restricted T cell response in vivo, we used genetic immunization by particle bombardment-mediated gene transfer

Immunoregulatory and anti-inflammatory effects of n-3 polyunsaturated fatty acids

1. Fish oils are rich in the long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs), eicosapentaenoic (20:5n-3) and docosahexaenoic (22:6n-3) acids. Linseed oil and green plant tissues are rich in the precursor fatty acid, a-linolenic acid (18:3n-3). Most vegetable oils are rich in the n-6 PUFA linoleic acid (18:2n-6), the precursor of arachidonic acid (20:4n-6). 2. Arachidonic acid-derived eicosanoids such as prostaglandin E2 are pro-inflammatory and regulate the functions of cells of the immune system. Consumption of fish oils leads to replacement of arachidonic acid in cell membranes by eicosapentaenoic acid. This changes the amount and alters the balance of eicosanoids produced. 3. Consumption of fish oils diminishes lymphocyte proliferation, T-cell-mediated cytotoxicity, natural killer cell activity, macrophage-mediated cytotoxicity, monocyte and neutrophil chemotaxis, major histocompatibility class II expression and antigen presentation, production of pro-inflammatory cytokines (interleukins 1 and 6, tumour necrosis factor) and adhesion molecule expression. 4. Feeding laboratory animals fish oil reduces acute and chronic inflammatory responses, improves survival to endotoxin and in models of autoimmunity and prolongs the survival of grafted organs. 5. Feeding fish oil reduces cell-mediated immune responses. 6. Fish oil supplementation may be clinically useful in acute and chronic inflammatory conditions and following transplantation. 7. n-3 PUFAs may exert their effects by modulating signal transduction and/or gene expression within inflammatory and immune cells.

Isolation and culture of umbilical vein mesenchymal stem cells

Bone marrow contains a population of stem cells that can support hematopoiesis and can differentiate into different cell lines including adipocytes, osteocytes, chondrocytes, myocytes, astrocytes, and tenocytes. These cells have been denoted mesenchymal stem cells. In the present study we isolated a cell population derived from the endothelium and subendothelium of the umbilical cord vein which possesses morphological, immunophenotypical and cell differentiation characteristics similar to those of mesenchymal stem cells isolated from bone marrow. The cells were isolated from three umbilical cords after treatment of the umbilical vein lumen with collagenase. The cell population isolated consisted of adherent cells with fibroblastoid morphology which, when properly stimulated, gave origin to adipocytes and osteocytes in culture. Immunophenotypically, this cell population was found to be positive for the CD29, CD13, CD44, CD49e, CD54, CD90 and HLA-class 1 markers and negative for CD45, CD14, glycophorin A, HLA-DR, CD51/61, CD106, and CD49d. The characteristics described are the same as those presented by bone marrow mesenchymal stem cells. Taken together, these findings indicate that the umbilical cord obtained from term deliveries is an important source of mesenchymal stem cells that could be used in cell therapy protocols.

A method for multiple sequential analyses of macrophage functions using a small single cell sample

Microbial pathogens such as bacillus Calmette-Guérin (BCG) induce the activation of macrophages. Activated macrophages can be characterized by the increased production of reactive oxygen and nitrogen metabolites, generated via NADPH oxidase and inducible nitric oxide synthase, respectively, and by the increased expression of major histocompatibility complex class II molecules (MHC II). Multiple microassays have been developed to measure these parameters. Usually each assay requires 2-5 x 10(5) cells per well. In some experimental conditions the number of cells is the limiting factor for the phenotypic characterization of macrophages. Here we describe a method whereby this limitation can be circumvented. Using a single 96-well microassay and a very small number of peritoneal cells obtained from C3H/HePas mice, containing as little as <=2 x 10(5) macrophages per well, we determined sequentially the oxidative burst (H2O2), nitric oxide production and MHC II (IAk) expression of BCG-activated macrophages. More specifically, with 100 µl of cell suspension it was possible to quantify H2O2 release and nitric oxide production after 1 and 48 h, respectively, and IAk expression after 48 h of cell culture. In addition, this microassay is easy to perform, highly reproducible and more economical.

Modulation of B lymphocyte function by an aqueous fraction of the ethanol extract of Cissampelos sympodialis Eichl (Menispermaceae)

Cissampelos sympodialis Eichl species are used in folk medicine for the treatment of asthma, arthritis and rheumatism. In the present study, we investigated the immunomodulatory effect of an aqueous fraction of a 70% (v/v) ethanol extract of C. sympodialis leaves on B lymphocyte function. The hydroalcoholic extract inhibited the in vitro proliferative response of resting B cells induced by LPS (IC50 = 17.2 µg/ml), anti-delta-dextran (IC50 = 13.9 µg/ml) and anti-IgM (IC50 = 24.3 µg/ml) but did not affect the anti-MHC class II antibody-stimulated proliferative response of B cell blasts obtained by stimulation with IL-4 and anti-IgM. Incubation with the hydroalcoholic extract used at 50 µg/ml induced a 700% increase in intracellular cAMP levels. IgM secretion by resting B cells (obtained from normal mice) and polyclonally activated B cells (obtained from Trypanosoma cruzi-infected animals) was inhibited by the hydroalcoholic extract. The latter were more sensitive to the hydroalcoholic extract since 6.5 µg/ml induced a 20% inhibition in the response of cells from normal mice while it inhibited the response of B cells from infected animals by 75%. The present data indicate that the alcoholic extract of C. sympodialis inhibited B cell function through an increase in intracellular cAMP levels. The finding that the hydroalcoholic extract inhibited immunoglobulin secretion suggests a therapeutic use for the extract from C. sympodialis in conditions associated with unregulated B cell function and enhanced immunoglobulin secretion. Finally, the inhibitory effect of the hydroalcoholic extract on B cells may indicate an anti-inflammatory effect of this extract.

Heterotopic transplantation of glycerin-preserved trachea: effect of respiratory epithelium desquamation on acute rejection

An effective preservation method and decreased rejection are essential for tracheal transplantation in the reconstruction of large airway defects. Our objective in the present study was to evaluate the antigenic properties of glycerin-preserved tracheal segments. Sixty-one tracheal segments (2.4 to 3.1 cm) were divided into three groups: autograft (N = 21), fresh allograft (N = 18) and glycerin-preserved allograft (N = 22). Two segments from different groups were implanted into the greater omentum of dogs (N = 31). After 28 days, the segments were harvested and analyzed for mononuclear infiltration score and for the presence of respiratory epithelium. The fresh allograft group presented the highest score for mononuclear infiltration (1.78 ± 0.43, P <= 0.001) when compared to the autograft and glycerin-preserved allograft groups. In contrast to the regenerated epithelium observed in autograft segments, all fresh allografts and glycerin-preserved allografts had desquamation of the respiratory mucosa. The low antigenicity observed in glycerin segments was probably the result of denudation of the respiratory epithelium and perhaps due to the decrease of major histocompatibility complex class II antigens.

Proteomic inventory of myocardial proteins from patients with chronic Chagas' cardiomyopathy

Chronic Chagas' disease cardiomyopathy (CCC) is an often fatal outcome of Trypanosoma cruzi infection, with a poorer prognosis than other cardiomyopathies. CCC is refractory to heart failure treatments, and is the major indication of heart transplantation in Latin America. A diffuse myocarditis, plus intense myocardial hypertrophy, damage and fibrosis, in the presence of very few T. cruzi forms, are the histopathological hallmarks of CCC. To gain a better understanding of the pathophysiology of CCC, we analyzed the protein profile in the affected CCC myocardium. Homogenates from left ventricular myocardial samples of end-stage CCC hearts explanted during heart transplantation were subjected to two-dimensional electrophoresis with Coomassie blue staining; protein identification was performed by MALDI-ToF mass spectrometry and peptide mass fingerprinting. The identification of selected proteins was confirmed by immunoblotting. We demonstrated that 246 proteins matched in gels from two CCC patients. They corresponded to 112 distinct proteins. Along with structural/contractile and metabolism proteins, we also identified proteins involved in apoptosis (caspase 8, caspase 2), immune system (T cell receptor ß chain, granzyme A, HLA class I) and stress processes (heat shock proteins, superoxide dismutases, and other oxidative stress proteins). Proteins involved in cell signaling and transcriptional factors were also identified. The identification of caspases and oxidative stress proteins suggests the occurrence of active apoptosis and significant oxidative stress in CCC myocardium. These results generated an inventory of myocardial proteins in CCC that should contribute to the generation of hypothesis-driven experiments designed on the basis of the classes of proteins identified here.

Contribution of CD4+ T cells to the early mechanisms of ischemia- reperfusion injury in a mouse model of acute renal failure

Renal ischemia-reperfusion (IR) injury is the major cause of acute renal failure in native and transplanted kidneys. Mononuclear leukocytes have been reported in renal tissue as part of the innate and adaptive responses triggered by IR. We investigated the participation of CD4+ T lymphocytes in the pathogenesis of renal IR injury. Male mice (C57BL/6, 8 to 12 weeks old) were submitted to 45 min of ischemia by renal pedicle clamping followed by reperfusion. We evaluated the role of CD4+ T cells using a monoclonal depleting antibody against CD4 (GK1.5, 50 µ, ip), and class II-major histocompatibility complex molecule knockout mice. Both CD4-depleted groups showed a marked improvement in renal function compared to the ischemic group, despite the fact that GK1.5 mAb treatment promoted a profound CD4 depletion (to less than 5% compared to normal controls) only within the first 24 h after IR. CD4-depleted groups presented a significant improvement in 5-day survival (84 vs 80 vs 39%; antibody treated, knockout mice and non-depleted groups, respectively) and also a significant reduction in the tubular necrosis area with an early tubular regeneration pattern. The peak of CD4-positive cell infiltration occurred on day 2, coinciding with the high expression of ßC mRNA and increased urea levels. CD4 depletion did not alter the CD11b infiltrate or the IFN-g and granzyme-B mRNA expression in renal tissue. These data indicate that a CD4+ subset of T lymphocytes may be implicated as key mediators of very early inflammatory responses after renal IR injury and that targeting CD4+ T lymphocytes may yield novel therapies.

Tracheal cryopreservation: caspase-3 immunoreactivity in tracheal epithelium and in mixed glands

Cryopreservation has an immunomodulating effect on tracheal tissue as a result of class II antigen depletion due to epithelium exfoliation. However, not all epithelium is detached. We evaluated the role of apoptosis in the remaining epithelium of 30 cryopreserved tracheal grafts. Caspase-3 immunoreactivity of tracheal epithelium was studied in canine tracheal segments cryopreserved with F12K medium, with or without subsequent storage in liquid nitrogen at -196°C for 15 days. Loss of structural integrity of tracheal mixed glands was observed in all cryopreserved tracheal segments. Caspase-3 immunoreactivity in tracheal mucosa and in mixed glands was significantly decreased, in contrast to the control group and to cryopreserved tracheal segments in which it remained high, due to the effect of storage in liquid nitrogen (P < 0.05, ANOVA and Tukey test). We conclude that apoptosis can be triggered in epithelial cells during tracheal graft harvesting even prior to cryopreservation, and although the epithelial caspase-3 immunoreactivity is reduced in tracheal cryopreservation, this could be explained by increased cell death. Apoptosis cannot be stopped during tracheal cryopreservation.

Delivery of the Sox9 gene promotes chondrogenic differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells in an in vitro model

SRY-related high-mobility-group box 9 (Sox9) gene is a cartilage-specific transcription factor that plays essential roles in chondrocyte differentiation and cartilage formation. The aim of this study was to investigate the feasibility of genetic delivery of Sox9 to enhance chondrogenic differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells (hUC-MSCs). After they were isolated from human umbilical cord blood within 24 h after delivery of neonates, hUC-MSCs were untreated or transfected with a human Sox9-expressing plasmid or an empty vector. The cells were assessed for morphology and chondrogenic differentiation. The isolated cells with a fibroblast-like morphology in monolayer culture were positive for the MSC markers CD44, CD105, CD73, and CD90, but negative for the differentiation markers CD34, CD45, CD19, CD14, or major histocompatibility complex class II. Sox9 overexpression induced accumulation of sulfated proteoglycans, without altering the cellular morphology. Immunocytochemistry demonstrated that genetic delivery of Sox9 markedly enhanced the expression of aggrecan and type II collagen in hUC-MSCs compared with empty vector-transfected counterparts. Reverse transcription-polymerase chain reaction analysis further confirmed the elevation of aggrecan and type II collagen at the mRNA level in Sox9-transfected cells. Taken together, short-term Sox9 overexpression facilitates chondrogenesis of hUC-MSCs and may thus have potential implications in cartilage tissue engineering.

Primary structure and expression studies of the dihydrofolate reductase gene (DFRI) of Saccharomyces cerevisiae

The nucleotide sequence of a genomic DNA fragment thought previously to contain the dihydrofolate reductase gene (DFR1) of Saccharomyces cerevisiae by genetic criteria was determined. This DNA fragment of 1784' basepairs contains a large open reading frame from position 800 to 1432, which encodes a enzyme with a predicted molecular weight of 24,229.8 Daltons. Analysis of the amino acid sequence of this protein revealed that the yeast polypep·tide contained 211 amino acids, compared to the 186 residues commonly found in the polypeptides of other eukaryotes. The difference in size of the gene product can be attributed mainly to an insert in the yeast gene. Within this region, several consensus sequences required for processing of yeast nuclear and class II mitochondrial introns were identified, but appear not sufficient for the RNA splicing. The primary structure of the yeast DHFR protein has considerable sequence homology with analogous polypeptides from other organisms, especially in the consensus residues involved in cofactor and/or inhibitor binding. Analysis of the nucleotide sequence also revealed the presence of a number of canonical sequences identified in yeast as having some function in the regulation of gene expression. These include UAS elements (TGACTC) required for tIle amino acid general control response, and "TATA H boxes as well as several consensus sequences thought to be required for transcriptional termination and polyadenylation. Analysis of the codon usage of the yeast DFRl coding region revealed a codon bias index of 0.0083. this valve very close to zero suggestes 3 that the gene is expressed at a relatively low level under normal physiological conditions. The information concerning the organization of the DFRl were used to construct a variety of fusions of its 5' regulatory region with the coding region of the lacZ gene of E. coli. Some of such fused genes encoded a fusion product that expressed in E.coli and/or in yeast under the control of the 5' regulatory elements of the DFR1. Further studies with these fusion constructions revealed that the beta-galactosidase activity encoded on multicopy plasmids was stimulated transiently by prior exposure of yeast host cells to UV light. This suggests that the yeast PFRl gene is indu.ced by UV light and nlay in1ply a novel function of DHFR protein in the cellular responses to DNA damage. Another novel f~ature of yeast DHFR was revealed during preliminary studies of a diploid strain containing a heterozygous DFRl null allele. The strain was constructed by insertion of a URA3 gene within the coding region of DFR1. Sporulation of this diploid revealed that meiotic products segregated 2:0 for uracil prototrophy when spore clones were germinated on medium supplemented with 5-formyltetrahydrofolate (folinic acid). This finding suggests that, in addition to its catalytic activity, the DFRl gene product nlay play some role in the anabolisln of folinic acid. Alternatively, this result may indicate that Ura+ haploid segregants were inviable and suggest that the enzyme has an essential cellular function in this species.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.

Étude polarimétrique d’étoiles jeunes

Afin de mieux comprendre l'évolution des étoiles jeunes, nous avons utilisé un code Monte Carlo simulant leur environnement afin d'étudier une nouvelle distribution chez les étoiles Herbig Ae/Be et pour reproduire des cartes d'intensité et de polarisation linéaire obtenues au télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) en novembre 2003. Le code datant de la fin des années 80, nous avons dû non seulement le corriger, mais aussi ajouter quelques éléments afin de tenir compte des dernières avancées dans le domaine de la polarisation provenant du milieu circumstellaire. Les étoiles à l'étude étant jeunes (moins de quelques millions d'années), leur voisinage est toujours constitué de grains de poussière mélangés avec du gaz. Selon leur âge, nous retrouvons cette poussière sous différentes structures soit, par exemple, par un disque entouré d'une enveloppe (objets jeunes de classe I) ou par un simple disque (objets de classe II et III). Selon la structure que prend la poussière, les cartes de polarisation et d'intensité qui en résultent vont changer. Nous allons discuter de cette variation des cartes de polarisation selon la distribution de poussière. Suite aux modifications apportées au code, il a fallu s'assurer que celui-ci fonctionne bien. Pour ce faire, nous avons mis au point quelques critères qui nous assurent, s'ils sont satisfaits, que le code Monte Carlo produit de bons résultats. Après avoir validé le code, il est maintenant possible de l'utiliser aux fins d'avancer le domaine de la polarisation. En effet, Dullemond et al.(2001) proposent une nouvelle distribution de grain autour des étoiles Herbig Ae/Be afin de mieux expliquer leur distribution d'énergie spectrale. Par contre, qu'en est-il des cartes de polarisation résultantes? C'est sur cette question que nous nous sommes arrêtés. Par la suite, nous avons essayé de reproduire du mieux possible, tenant compte des limitations du code, les cartes de polarisation obtenues au TCFH. Nous avons étudié en détail les données de R Mon (résultats qui seront présentés sous forme d'article pour fin de publication) et de V376 Cas. De plus, notre étude de V376 Cas nous a permis d'amener des conclusions sur les processus causant les vecteurs parallèles aux disques des étoiles jeunes.

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.