Internalisation d'enzymes pancréatiques par la muqueuse intestinale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Regulation of tail-anchored ubiquitin conjugating enzymes that are localised to the endoplasmic reticulum

The vast majority of secreted and membrane proteins are translated and folded at the endoplasmic reticulum (ER), where a sophisticated quality control mechanism ensures that only correctly folded proteins exit the ER and traffic to their final destinations. On the other hand, proteins that persistently misfold are eliminated through a process known as ER associated degradation (ERAD). This involves retrotranslocation of the misfolded protein through the ER membrane, and ubiquitination in advance of degradation by cytosolic proteasomes. The process of ERAD is best described in yeast where ubiquitin conjugating enzymes Ubc6p and Ubc7p function with a limited number of E3 ubiquitin ligases to ubiquitinate misfolded proteins. Interestingly, although the mechanistic principles of ERAD have been conserved through evolution, there is increasing evidence that homologues of the yeast enzymes have gained divergent roles and novel regulatory functions in higher eukaryotes, meaning that the process in humans is more complex and involves a larger repertoire of participating proteins. Two homologues of Ubc6p have been described in humans, and have been named as Ubc6 (UBE2J2) and Ubc6e (UBE2J1). However, little work has been done on these enzymes and thus our main objective of this study was to progress the functional characterisation of these ERAD E2 conjugating enzymes. Our studies included a detailed analysis of conditions whereby these proteins are stabilised and degraded. We’ve also explored the different molecular signalling pathways that induced changes on their steady state protein levels. Furthermore, Ubc6e has a phosphorylatable serine residue at position 184. Thus, our studies also involved delineating the signalling kinases that phosphorylate Ubc6e and examining its function in ERAD. Our studies confirm that the E2 Ubc enzymes are regulated posttranslationally and may have important implications in the regulation of ERAD.

Internalisation d'enzymes pancréatiques par la muqueuse intestinale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dual roles of DNA repair enzymes in RNA biology/post-transcriptional control

Despite consistent research into the molecular principles of the DNA damage repair pathway for almost two decades, it has only recently been found that RNA metabolism is very tightly related to this pathway, and the two ancient biochemical mechanisms act in alliance to maintain cellular genomic integrity. The close links between these pathways are well exemplified by examining the base excision repair pathway, which is now well known for dual roles of many of its members in DNA repair and RNA surveillance, including APE1, SMUG1, and PARP1. With additional links between these pathways steadily emerging, this review aims to provide a summary of the emerging roles for DNA repair proteins in the post-transcriptional regulation of RNAs. 

Phosphorylation Mechanism of Phosphomevalonate Kinase: Implications for Rational Engineering of Isoprenoid Biosynthetic Pathway Enzymes

Mevalonate pathway is of important clinical, pharmaceutical and biotechnological relevance. However, lack of the understanding of the phosphorylation mechanism of the kinases in this pathway has limited rationally engineering the kinases in industry. Here the phosphorylation reaction mechanism of a representative kinase in the mevalonate pathway, phosphomevalonate kinase, was studied by using molecular dynamics and hybrid QM/MM methods. We find that a conserved residue (Ser106) is reorientated to anchor ATP via a stable H-bond interaction. In addition, Ser213 located on the α-helix at the catalytic site is repositioned to further approach the substrate, facilitating the proton transfer during the phosphorylation. Furthermore, we elucidate that Lys101 functions to neutralize the negative charge developed at the β-, γ-bridging oxygen atom of ATP during phosphoryl transfer. We demonstrate that the dissociative catalytic reaction occurs via a direct phosphorylation pathway. This is the first study on the phosphorylation mechanism of a mevalonate pathway kinase. The elucidation of the catalytic mechanism not only sheds light on the common catalytic mechanism of GHMP kinase superfamily, but also provides the structural basis for engineering the mevalonate pathway kinases to further exploit their applications in the production of a wide range of fine chemicals such as biofuels or pharmaceuticals. 

Structure and lipid interactions of membrane-associated glycosyltransferases : Cationic patches and anionic lipids regulate biomembrane binding of both GT-A and GT-B enzymes

This thesis concerns work on structure and membrane interactions of enzymes involved in lipid synthesis, biomembrane and cell wall regulation and cell defense processes. These proteins, known as glycosyltransferases (GTs), are involved in the transfer of sugar moieties from nucleotide sugars to lipids or chitin polymers. Glycosyltransferases from three types of organisms have been investigated; one is responsible for vital lipid synthesis in Arabidopsis thaliana (atDGD2) and adjusts the lipid content in biomembranes if the plant experiences stressful growth conditions. This enzyme shares many structural features with another GT found in gram-negative bacteria (WaaG). WaaG is however continuously active and involved in synthesis of the protective lipopolysaccharide layer in the cell walls of Escherichia coli. The third type of enzymes investigated here are chitin synthases (ChS) coupled to filamentous growth in the oomycete Saprolegnia monoica. I have investigated two ChS-derived MIT domains that may be involved in membrane interactions within the endosomal pathway. From analysis of the three-dimensional structure and the amino-acid sequence, some important regions of these very large proteins were selected for in vitro studies. By the use of an array of biophysical methods (e.g. Nuclear Magnetic Resonance, Fluorescence and Circular Dichroism spectroscopy) and directed sequence analyses it was possible to shed light on some important details regarding the structure and membrane-interacting properties of the GTs. The importance of basic amino-acid residues and hydrophobic anchoring segments, both generally and for the abovementioned proteins specifically, is discussed. Also, the topology and amino-acid sequence of GT-B enzymes of the GT4 family are analyzed with emphasis on their biomembrane association modes. The results presented herein regarding the structural and lipid-interacting properties of GTs aid in the general understanding of glycosyltransferase activity. Since GTs are involved in a high number of biochemical processes in vivo it is of outmost importance to understand the underlying processes responsible for their activity, structure and interaction events. The results are likely to be useful for many applications and future experimental design within life sciences and biomedicine.

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.

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.

Rôle de la protéine DUSP5 dans l’autophagie des cardiomyocytes

Résumé: L’autophagie est un processus essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Elle permet de dégrader et recycler aussi bien des organelles entières que des composants cytoplasmiques non fonctionnels. De plus, l’augmentation d’autophagie en condition de stress constitue une réponse adaptative favorisant la survie cellulaire. Chez les cardiomyocytes, l’autophagie en condition basale est indispensable au renouvellement, entre autres, des mitochondries et des protéines formant les sarcomères. De plus, les stress tels l’ischémie cardiaque ou la carence en nutriments induisent une augmentation de l’autophagie protectrice. Dans certaines conditions extrêmes, il a été suggéré qu’un surcroît d’autophagie puisse toutefois exacerber la pathologie cardiaque en provoquant la mort des cardiomyocytes. Considérant l’importance de ce processus dans la physiopathologie cardiaque, l’identification des mécanismes signalétiques régulant l’autophagie chez les cardiomyocytes a été le sujet de recherches intenses. À cet effet, l’activation des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) a été démontrée pour réguler, avec d’autres voies signalétiques, l’autophagie et l’apoptose des cardiomyocytes. Il est donc probable que les Dual-Specificity Phosphatase (DUSP), enzymes clés contrôlant l’activité des MAPK, participent aussi à la régulation de l’autophagie. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons induit l’autophagie chez des cardiomyocytes isolés de rats nouveau-nés en culture. L’analyse de marqueurs d’autophagie par immunobuvardage démontre que l’activation des MAPK ERK1/2 et p38 corrèle avec l’activité autophagique chez les cardiomyocytes. Dans ces conditions, la diminution d’expression de la majorité des ARNm encodant les différentes DUSP retrouvées chez les cardiomyocytes contraste de façon marquée avec l’augmentation d’expression de l’ARNm Dusp5. De plus, nous avons démontré par une étude de gain de fonction que l’activation soutenue de p38 par surexpression d’un mutant MKK6 constitutivement actif stimule l’autophagie chez les cardiomyocytes. De façon surprenante, la perte de fonction de p38 obtenue par surexpression d’un mutant p38 dominant négatif n’altère en rien la réponse autophagique initiatrice dans notre modèle in vitro. Nos résultats suggèrent que les DUSP puissent réguler, via leurs actions sur les MAPK, d’importantes étapes du processus autophagique chez les cardiomyocytes.

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.

The impact of Rab5 on the formation of glial cytoplasmic inclusion: implications for multiple system atrophy

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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.