Digestive enzymes during development of Ceratitis capitata (Diptera:Tephritidae) and effects of SBTI on its digestive serine proteinase targets

SILVA, Fatima C. B. L. et al. Digestive enzymes during development of Ceratitis capitata (Diptera:Tephritidae) and effects of SBTI on its digestive serine proteinase targets. Insect Biochemistry and Molecular Biology, v. 36, p. 561-569, 2006.ISSN: 0965-1748.DOI: 10.1016/j.ibmb.2006.04.004.

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.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Insight into Biological Small-Molecule Activation from Enzymes, Model Complexes, and X-ray Spectroscopy

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Étude de l'expression des microARNs et des enzymes de synthèse des corticostéroïdes dans le développement pulmonaire

Le syndrome de détresse respiratoire du nouveau-né (SDR) est l’une des pathologies les plus fréquentes dont souffrent les bébés prématurés. Le SDR est causé par un déficit dans la synthèse du surfactant pulmonaire en raison de l’immaturité du poumon lors d’une naissance prématurée. Plusieurs éléments régulent le développement pulmonaire notamment les stéroïdes sexuels et les corticostéroïdes. Le sexe est aussi un élément régulateur du développement pulmonaire. En effet, les garçons sont plus atteints que les filles par le SDR. Ce dimorphisme sexuel est attribué aux androgènes. Le traitement anténatal aux glucocorticoïdes est prescrit aux femmes qui sont à risque d’accoucher prématurément. En effet, les corticostéroïdes favorisent la maturation pulmonaire anténatale. Également, il a été démontré que les microARNs sont primordiaux pour le développement pulmonaire. Ceci nous a conduit à étudier l’impact des androgènes sur le profil d’expression des microARNs lors de la transition du stade canaliculaire au stade sacculaire (jour gestationnel (JG)17.0 au JG18.0), période qui coïncide avec la montée de la synthèse et de la sécrétion du surfactant chez la souris. Tout d’abord, nous avons étudié la stabilité des gènes de normalisation (snoRNAs) afin de quantifier les microARNs par qPCR. Cette analyse a été effectuée avec 3 logiciels différents et sur plusieurs stades du développement notamment de la période pseudoglandulaire jusqu’au stade alvéolaire chez les deux sexes. On a identifié les meilleures combinaisons de gènes de normalisation les plus stables pour chaque stade du développement étudié ainsi que pour la période couvrant tous les stades étudiés. Ensuite nous avons analysé à GD17.0 et GD18.0 le profil d’expression des microARNs chez des fœtus mâles dont les mères ont été traitées au flutamide (anti-androgènes pure). Les résultats ont montré que 43 microARNs matures sont modulés par les androgènes à GD17.0 et 35 microARNs à GD18.0. Pour certains microARNs, nous avons identifié des cibles potentielles qui sont inversement modulées par les androgènes par rapport aux microARNs. Ces cibles sont impliquées dans plusieurs processus biologiques tels que le métabolisme des lipides et la prolifération cellulaire ainsi que dans des fonctions moléculaires tels que la liaison des facteurs de transcription. Des expériences de validation ont été effectuées par qPCR. Nos résultats ont montré que les androgènes régulent des processus qui peuvent être impliqués dans la maturation pulmonaire via la régulation des microARNs. En plus de l’intérêt porté aux androgènes dans la maturation pulmonaire, nous avons analysé l’expression d’enzymes de synthèse des corticostéroïdes dans le poumon fœtal humain. L’expression de l’enzyme 21-hydroxylase a été étudiée par qPCR et par immunobuvardage. Également la localisation de l’ARNm de cette enzyme clé de la synthèse des glucocorticoïdes, a été effectuée par hybridation in situ. L’ARNm de CYP21A2 a été détecté par qPCR dans les 34 échantillons analysés et dont les âges variaient entre 17 et 40 semaines de grossesse. Aucune corrélation, avec l’âge gestationnel ou le sexe, n’a été observée. Des niveaux significatifs de la protéine 21-hydroxylase ont été détectés dans nos échantillons. Nous avons investigué l’expression d’autres enzymes impliquées dans la voie de synthèse des glucocorticoïdes notamment CYP11B1, CYP11B2 et CYP17A1. Les ARNm des gènes CYP11B1, CYP11B2 n’ont pas été détectés dans nos échantillons, contrairement à CYP17A1 dont l’ARNm a été détecté dans tous nos tissus fœtaux analysés. La protéine de la 17α-hydroxylase a été détectée à de faibles niveaux. Nos résultats d’hybridation in situ ont montré que l’expression de CYP21A2 est localisée presqu’exclusivement dans l’épithélium pulmonaire distal. Nos résultats suggèrent que les produits de la 21-hydroxylase agiront via une action intracrine sur l’épithélium distal en activant le récepteur des glucocorticoïdes (GR). L’activation du récepteur des minéralocorticoïdes (MR) ne semble pas dépendre de produits de la 21-hydroxylase en raison des quantités importantes d’aldostérone circulante.

Tubular Urinary Enzymes in Acute Post-infectious Glomerulonephritis

Tubular function of 17 pediatric patients with a mild form of acute post-infectious glomerulonephritis was prospectively evaluated by assessment of the urinary activity of proximal and distal tubule enzymes. Neutral-like endopeptidase (NEP-like) and angiotensin-converting enzyme (ACE) were the proximal tubule enzymes assessed, while prolyl-endopeptidase (PE) and serine-endopeptidase H1 and H2 were the distal tubule enzymes analyzed. Urine was collected at diagnosis (T0) and after 2 (T2) and 6 (T6) months of follow-up. NEP-like enzyme activity (nmol/mg creatinine; median±quartile range) was increased at diagnosis, and this remained stable during the first 6 months (T0 18.30±83.26, T2 17.32±49.56, T6 23.38±107.18). Urinary activity of the other enzymes was as follows: ACE (mU/ml per mg creatinine) T0 0.08±0.16, T2 0.06±0.10, T6 0.18±0.29; PE (nmol/mg creatinine) T0 6.70±84.87, T2 9.55±69.00, T6 13.67±28.70; serine-endopeptidase H1 (nmol/mg creatinine) T0 7.86±26.95, T2 17.17±59.37, T6 18.19± 79.14; and serine-thiol-endopeptidase H2 (nmol/mg creatinine) T0 3.06±21.97, T2 12.06±32.42, T6 16.22± 44.06. Thirty other healthy children matched for age and gender were considered as a control group. This group was assessed once and the results were: NEP-like activity 6.05±10.54, ACE 0.11±0.22, PE 7.10±13.36, H1 5.00±17.30, and H2 6.00±20.16. In conclusion, we observed that NEP-like and H1 enzymes exhibited significant increased urinary activity 6 months after the diagnosis. This increase occurred in spite of the disappearance of clinical symptoms, which occurred 2 months after the diagnosis. We believe that the increase in urinary enzymatic activity could be a manifestation of a silent tubular dysfunction following an episode of acute post-infectious glomerulonephritis.

Optimization of aqueous extraction conditions for the recovery of phenolic compounds and antioxidants from lemon pomace

The aim of this study was to optimize the aqueous extraction conditions for the recovery of phenolic compounds and antioxidant capacity of lemon pomace using response surface methodology. An experiment based on Box–Behnken design was conducted to analyse the effects of temperature, time and sample-to-water ratio on the extraction of total phenolic compounds, total flavonoids, proanthocyanidins and antioxidant capacity. Sample-to-solvent ratio had a negative effect on all the dependent variables, while extraction temperature and time had a positive effect only on TPC yields and ABTS antioxidant capacity. The optimal extraction conditions were 95 oC, 15 min, and a sample-to-solvent ratio of 1:100 g/ml. Under these conditions, the aqueous extracts had the same content of TPC and TF as well as antioxidant capacity in comparison with those of methanol extracts obtained by sonication. Therefore these conditions could be applied for further extraction and isolation of phenolic compounds from lemon pomace.

Carotenoids and antioxidant enzymes as biomarkers of the impact of heavy metals in food chain

Antioxidant enzymes (catalase and peroxidase) and carotenoids (lutein and â-carotene) are often used as biomarkers of metal contamination of water and agricultural soils. In this study, the effects of heavy metals present in irrigation water on the aforementioned carotenoids of potatoes (Solanum tuberosum L.) and carrots (Daucus carota L.), cultivated in a greenhouse and irrigated with a water solution including different levels of Cr(VI) and Ni(II) were investigated. These results were compared to the levels of the same metabolites that had been assessed in market-available potato and carrot samples. The findings indicated that the levels of the examined metabolites on the treated with Cr and Ni samples, resemble the levels of the same parameters in the market samples, originating from polluted areas. Therefore, the antioxidant enzymes, catalase and peroxidase, and the carotenoids, lutein and â-carotene, could be handled as indicators of heavy metal pollution.

Enhancing the total phenolic content and antioxidants of lemon pomace aqueous extracts by applying UV-C irradiation on the dried powder

Several studies have shown that UV-C irradiation promotes the bioactive compounds and antioxidants of fresh fruits and vegetables. The aim of this study was to apply UV irradiation in lemon pomace dried powder for enhancing its phenolic content and antioxidant properties, thus more bioactive compounds should be available for extraction and utilization. Lemon pomace dried powder was placed above the UV lamp and treated with dosages of 4, 19, 80 and 185 kJ m-2, while untreated powder was used as a control. UV-C irradiation significantly affected the total phenolic content, total flavonoid content, proanthocyanidins and antioxidant capacity measured by CUPRAC and FRAP of the lemon pomace dried powder, while it did not affect the vitamin C content. UV-C irradiation of 19 kJ m-2 resulted in 19% higher total phenolic content than the control, while UV-C irradiation of 180 kJ m-2 resulted in 28% higher total flavonoid content than the control. The antioxidant capacity was reduced when UV-C irradiation more than 4 kJ m-2 was applied. The results of this study indicate that UV-C treatment has the potential to increase the extraction of bioactive compounds of lemon dried pomace at relatively high dosages.

Digestive enzymes during development of Ceratitis capitata (Diptera:Tephritidae) and effects of SBTI on its digestive serine proteinase targets

SILVA, Fatima C. B. L. et al. Digestive enzymes during development of Ceratitis capitata (Diptera:Tephritidae) and effects of SBTI on its digestive serine proteinase targets. Insect Biochemistry and Molecular Biology, v. 36, p. 561-569, 2006.ISSN: 0965-1748.DOI: 10.1016/j.ibmb.2006.04.004.

Relative contribution of natural productivity and compound feed to tissue growth in blue shrimp (Litopenaeus stylirostris) reared in biofloc: Assessment by C and N stable isotope ratios and effect on key digestive enzymes

The aim of this study was to assess the relative contribution of natural productivity and compound food to the growth of the juvenile blue shrimp Litopenaeus stylirostris reared in a biofloc system. Two experiments were carried out based on the same protocol with three treatments: clear water with experimental diet (CW), biofloc with experimental diet (BF) and biofloc unfed (BU). Shrimp survival was significantly higher in biofloc rearing than in CW rearing. The contribution of the biofloc to shrimp diet was estimated through measurement of carbon and nitrogen stable isotope ratios in shrimp and food sources. Different isotopic compositions between feeds were obtained by feeding natural productivity with a mixture rich in fish meal and the shrimps with a pellet containing a high level of soy protein concentrate. Using a two source one-isotope mixing model, we found that the natural productivity of the biofloc system contributed to shrimp growth at a level of 39.8% and 36.9%, for C and N, respectively. The natural food consumed by the shrimps reared in the biofloc system resulted in higher gene expression (mRNA transcript abundance) and activities of two digestive enzymes in their digestive gland: α-amylase and trypsin. The growth of shrimp biomass reared in biofloc was, on average, 4.4 times that of those grown in clear water. Our results confirmed the best survival and promoted growth of shrimps using biofloc technology and highlighted the key role of the biofloc in the nutrition of rearing shrimps. Statement of relevance In this study, we have applied an original protocol to determine the respective contribution of natural productivity and artificial feeds on the alimentation of the juvenile blue shrimp L. stylirostris reared in biofloc system by using C and N natural stable isotope analysis. Moreover, we have compared, in shrimp digestive gland, the α-amylase and trypsin enzyme activities at biochemical and molecular levels for two different shrimp rearing systems, biofloc and clear water. In our knowledge, the use of molecular tool to study the influence of biofloc consumption on digest process of shrimp was never carried out. We think that our research is new and important to increase knowledge on biofloc topic.

Understanding immobilised enzymes by NMR spectroscopy

Enzyme immobilisation is the conversion of a soluble enzyme molecule into a solid particle form. This allows the recovery of the enzyme catalyst for its re-use and avoids protein contamination of the product streams. A better understanding of immobilised enzymes is necessary for their rational development. A more rational design can help enormously in the applicability of these systems in different areas, from biosensors to chemical industry. Immobilised enzymes are challenging systems to study and very little information is given by conventional biochemical analysis such as catalytic activity and amount of protein. Here, solid-state NMR has been applied as the main technique to study these systems and evaluate them more precisely. Various approaches are presented for a better understanding of immobilised enzymes, which is the aim of this thesis. Firstly, the requirements of a model system of study will be discussed. The selected systems will be comprehensibly characterised by a variety of techniques but mainly by solid-state NMR. The chosen system will essentially be the enzyme α-chymotrypsin covalently immobilised on two functionalised inorganic supports – epoxide silica and epoxide alumina – and an organic support – Eupergit®. The study of interactions of immobilised enzymes with other species is vital for understanding the macromolecular function and for predicting and engineering protein behaviour. The study of water, ions and inhibitors interacting with various immobilised enzyme systems is covered here. The interactions of water and sodium ions were studied by 17O and 23Na multiple-quantum techniques, respectively. Various pore sizes of the supports were studied for the immobilised enzyme in the presence of labelled water and sodium cations. Finally, interactions between two fluorinated inhibitors and the active site of the enzyme will be explored using 19F NMR, offering a unique approach to evaluate catalytic behaviour. These interactions will be explored by solution-state NMR firstly, then by solid-state NMR. NMR has the potential to give information about the state of the protein in the solid support, but the precise molecular interpretation is a difficult task.

A SUBSET OF 3´ TO 5´ EXORIBONUCLEASES ARE THE PRIMARY ENZYMES RESPONSIBLE FOR THE DEGRADATION OF PGPG IN CYCLIC DI-GMP SIGNALING

Bis-(3´-5´)-cyclic dimeric guanosine monophosphate, or cyclic di-GMP (c-di-GMP) is a ubiquitous bacterial second messenger that regulates processes such biofilm formation, motility, and virulence. C-di-GMP is synthesized by diguanylate cyclases (DGCs), while phosphodiesterases (PDE-As) end signaling by linearizing c-di-GMP to 5ʹ-phosphoguanylyl-(3ʹ,5ʹ)-guanosine (pGpG), which is then hydrolyzed to two GMPs by previously unidentified enzymes termed PDE-Bs. To identify the PDE-B responsible for pGpG turnover, a screen for pGpG binding proteins in a Vibrio cholerae open reading frame library was conducted to identify potential pGpG binding proteins. This screen led to identification of oligoribonuclease (Orn). Purified Orn binds to pGpG and can cleave pGpG to GMP in vitro. A deletion mutant of orn in Pseudomonas aeruginosa was highly defective in pGpG turnover and accumulated pGpG. Deletion of orn also resulted in accumulation c-di-GMP, likely through pGpG-mediated inhibition of the PDE-As, causing an increase in c-di-GMP-governed auto-aggregation and biofilm. Thus, we found that Orn serves as the primary PDE-B enzyme in P. aeruginosa that removes pGpG, which is necessary to complete the final step in the c-di-GMP degradation pathway. However, not all bacteria that utilize c-di-GMP signaling also have an ortholog of orn, suggesting that other PDE-Bs must be present. Therefore, we asked whether RNases that cleave small oligoribonucleotides in other species could also act as PDE-Bs. NrnA, NrnB, and NrnC can rapidly degrade pGpG to GMP. Furthermore, they can reduce the elevated aggregation and biofilm formation in P. aeruginosa ∆orn. Together, these results indicate that rather than having a single dedicated PDE-B, different bacteria utilize distinct RNases to cleave pGpG and complete c-di-GMP signaling. The ∆orn strain also has a growth defect, indicating changes in other regulatory processes that could be due to pGpG accumulation, c-di-GMP accumulation, or another effect due to loss of Orn. We sought to investigate the genetic pathways responsible for these growth defect phenotypes by use of a transposon suppressor screen, and also investigated transcriptional changes using RNA-Seq. This work identifies that c-di-GMP degradation intersects with RNA degradation at the point of the Orn and the functionally related RNases.

Obtenção de biopeptídeos com atividade antioxidante a partir de proteínas de origem animal

Pele, ossos, espinhas, entre outros, separados durante o processamento de produtos cárneos podem ser uma boa fonte de proteína, especialmente de colágeno. Para obtenção de colágeno nativo a partir de ossos é necessário um tratamento prévio de desproteinização e desmineralização. Portanto, o objetivo deste trabalho foi determinar os melhores parâmetros para a desmineralização de ossos de pescado e frango utilizando soluções de HCl e EDTA um complexante de íons metálicos. O melhor efeito da desmineralização foi obtido com solução de HCl 1,0 mol/L. Após 48 h de extração, 99,4 e 95,4% das substâncias minerais foram solubilizadas para os ossos de pescado e para ossos de frango, respectivamente. Paralelamente, a menor perda de colágeno também foi observada nessas condições. O processo realizado empregando soluções de EDTA foi menos eficaz do que com solução de HCl. Após 48 h de extração com EDTA 0,1 mol/L, 37,5 e 32,4% dos compostos minerais foram removidos dos ossos de pescado e dos ossos de frango, respectivamente. Uma maior eficiência foi alcançada com solução de EDTA 0,5 mol/L. O rendimento do processo foi de cerca de 66,6% a partir dos ossos de pescado e 70,6% a partir os ossos de frango. A desmineralização com EDTA não provocou perda de colágeno.

Study of tRNA modifying enzymes and codon usage bias in cancer

Recent evidences indicate that tRNA modifications and tRNA modifying enzymes may play important roles in complex human diseases such as cancer, neurological disorders and mitochondrial-linked diseases. We postulate that expression deregulation of tRNA modifying enzymes affects the level of tRNA modifications and, consequently, their function and the translation efficiency of their tRNA corresponding codons. Due to the degeneracy of the genetic code, most amino acids are encoded by two to six synonymous codons. This degeneracy and the biased usage of synonymous codons cause alterations that can span from protein folding to enhanced translation efficiency of a select gene group. In this work, we focused on cancer and performed a meta-analysis study to compare microarray gene expression profiles, reported by previous studies and evaluate the codon usage of different types of cancer where tRNA modifying enzymes were found de-regulated. A total of 36 different tRNA modifying enzymes were found de-regulated in most cancer datasets analyzed. The codon usage analysis revealed a preference for codons ending in AU for the up-regulated genes, while the down-regulated genes show a preference for GC ending codons. Furthermore, a PCA biplot analysis showed this same tendency. We also analyzed the codon usage of the datasets where the CTU2 tRNA modifying enzyme was found deregulated as this enzyme affects the wobble position (position 34) of specific tRNAs. Our data points to a distinct codon usage pattern between up and downregulated genes in cancer, which might be caused by the deregulation of specific tRNA modifying enzymes. This codon usage bias may augment the transcription and translation efficiency of some genes that otherwise, in a normal situation, would be translated less efficiently.