The structure of an unconventional HD-GYP protein from Bdellovibrio reveals the roles of conserved residues in this class of cyclic-di-GMP phosphodiesterases

UNLABELLED: Cyclic-di-GMP is a near-ubiquitous bacterial second messenger that is important in localized signal transmission during the control of various processes, including virulence and switching between planktonic and biofilm-based lifestyles. Cyclic-di-GMP is synthesized by GGDEF diguanylate cyclases and hydrolyzed by EAL or HD-GYP phosphodiesterases, with each functional domain often appended to distinct sensory modules. HD-GYP domain proteins have resisted structural analysis, but here we present the first structural representative of this family (1.28 Å), obtained using the unusual Bd1817 HD-GYP protein from the predatory bacterium Bdellovibrio bacteriovorus. Bd1817 lacks the active-site tyrosine present in most HD-GYP family members yet remains an excellent model of their features, sharing 48% sequence similarity with the archetype RpfG. The protein structure is highly modular and thus provides a basis for delineating domain boundaries in other stimulus-dependent homologues. Conserved residues in the HD-GYP family cluster around a binuclear metal center, which is observed complexed to a molecule of phosphate, providing information on the mode of hydroxide ion attack on substrate. The fold and active site of the HD-GYP domain are different from those of EAL proteins, and restricted access to the active-site cleft is indicative of a different mode of activity regulation. The region encompassing the GYP motif has a novel conformation and is surface exposed and available for complexation with binding partners, including GGDEF proteins.

IMPORTANCE: It is becoming apparent that many bacteria use the signaling molecule cyclic-di-GMP to regulate a variety of processes, most notably, transitions between motility and sessility. Importantly, this regulation is central to several traits implicated in chronic disease (adhesion, biofilm formation, and virulence gene expression). The mechanisms of cyclic-di-GMP synthesis via GGDEF enzymes and hydrolysis via EAL enzymes have been suggested by the analysis of several crystal structures, but no information has been available to date for the unrelated HD-GYP class of hydrolases. Here we present the multidomain structure of an unusual member of the HD-GYP family from the predatory bacterium Bdellovibrio bacteriovorus and detail the features that distinguish it from the wider structural family of general HD fold hydrolases. The structure reveals how a binuclear iron center is formed from several conserved residues and provides a basis for understanding HD-GYP family sequence requirements for c-di-GMP hydrolysis.

The ETS family member GABPα modulates androgen receptor signalling and mediates an aggressive phenotype in prostate cancer

In prostate cancer (PC), the androgen receptor (AR) is a key transcription factor at all disease stages, including the advanced stage of castrate-resistant prostate cancer (CRPC). In the present study, we show that GABPα, an ETS factor that is up-regulated in PC, is an AR-interacting transcription factor. Expression of GABPα enables PC cell lines to acquire some of the molecular and cellular characteristics of CRPC tissues as well as more aggressive growth phenotypes. GABPα has a transcriptional role that dissects the overlapping cistromes of the two most common ETS gene fusions in PC: overlapping significantly with ETV1 but not with ERG target genes. GABPα bound predominantly to gene promoters, regulated the expression of one-third of AR target genes and modulated sensitivity to AR antagonists in hormone responsive and castrate resistant PC models. This study supports a critical role for GABPα in CRPC and reveals potential targets for therapeutic intervention.

EpsinR an AP1/clathrin interacting protein involved in vesicle trafficking

EpsinR is a clathrin-coated vesicle (CCV) enriched 70-kD protein that binds to phosphatidylinositol-4-phosphate, clathrin, and the gamma appendage domain of the adaptor protein complex 1 (AP1). In cells, its distribution overlaps with the perinuclear pool of clathrin and AP1 adaptors. Overexpression disrupts the CCV-dependent trafficking of cathepsin D from the trans-Golgi network to lysosomes and the incorporation of mannose-6-phosphate receptors into CCVs. These biochemical and cell biological data point to a role for epsinR in AP1/clathrin budding events in the cell, just as epsin1 is involved in the budding of AP2 CCVs. Furthermore, we show that two gamma appendage domains can simultaneously bind to epsinR with affinities of 0.7 and 45 microM, respectively. Thus, potentially, two AP1 complexes can bind to one epsinR. This high affinity binding allowed us to identify a consensus binding motif of the form DFxDF, which we also find in gamma-synergin and use to predict that an uncharacterized EF-hand-containing protein will be a new gamma binding partner.

A novel fluorescence-based assay for the rapid detection and quantification of cellular deoxyribonucleoside triphosphates

Current methods for measuring deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs) employ reagent and labor-intensive assays utilizing radioisotopes in DNA polymerase-based assays and/or chromatography-based approaches. We have developed a rapid and sensitive 96-well fluorescence-based assay to quantify cellular dNTPs utilizing a standard real-time PCR thermocycler. This assay relies on the principle that incorporation of a limiting dNTP is required for primer-extension and Taq polymerase-mediated 5-3' exonuclease hydrolysis of a dual-quenched fluorophore-labeled probe resulting in fluorescence. The concentration of limiting dNTP is directly proportional to the fluorescence generated. The assay demonstrated excellent linearity (R(2) > 0.99) and can be modified to detect between ∼0.5 and 100 pmol of dNTP. The limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) for all dNTPs were defined as <0.77 and <1.3 pmol, respectively. The intra-assay and inter-assay variation coefficients were determined to be <4.6% and <10%, respectively with an accuracy of 100 ± 15% for all dNTPs. The assay quantified intracellular dNTPs with similar results obtained from a validated LC-MS/MS approach and successfully measured quantitative differences in dNTP pools in human cancer cells treated with inhibitors of thymidylate metabolism. This assay has important application in research that investigates the influence of pathological conditions or pharmacological agents on dNTP biosynthesis and regulation.

Biochemical indices and life traits of loggerhead turtles (Caretta caretta) from Cape Verde Islands

The loggerhead turtle (Caretta caretta) is an endangered marine reptile for whom assessing population health requires knowledge of demographic parameters such as individual growth rate. In Cape Verde, as within several populations, adult female loggerhead sea turtles show a size-related behavioral and trophic dichotomy. While smaller females are associated with oceanic habitats, larger females tend to feed in neritic habitats, which is reflected in their physiological condition and in their offspring. The ratio of RNA/DNA provides a measure of cellular protein synthesis capacity, which varies depending on changes in environmental conditions such as temperature and food availability. The purpose of this study was to evaluate the combined use of morphometric data and biochemical indices as predictors of the physiological condition of the females of distinct sizes and hatchlings during their nesting season and how temperature may influence the physiological condition on the offspring. Here we employed biochemical indices based on nucleic acid derived indices (standardized RNA/DNA ratio-sRD, RNA concentration and DNA concentration) in skin tissue as a potential predictor of recent growth rate in nesting females and hatchling loggerhead turtles. Our major findings were that the physiological condition of all nesting females (sRD) decreased during the nesting season, but that females associated with neritic habitats had a higher physiological condition than females associated with oceanic habitats. In addition, the amount of time required for a hatchling to right itself was negatively correlated with its physiological condition (sRD) and shaded nests produced hatchlings with lower sRD. Overall, our results showed that nucleic acid concentrations and ratios of RNA to DNA are an important tool as potential biomarkers of recent growth in marine turtles. Hence, as biochemical indices of instantaneous growth are likely temperature-, size- and age-dependent, the utility and validation of these indices on marine turtles stocks deserves further study.

Synaptic dysfunction in early encephalopathies : from genes to function

Tese de doutoramento, Medicina (Neurologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Methylation profile of TP53 regulatory pathway and mtDNA alterations in breast cancer patients lacking TP53 mutations.

The present study investigated promoter hypermethylation of TP53 regulatory pathways providing a potential link between epigenetic changes and mitochondrial DNA (mtDNA) alterations in breast cancer patients lacking a TP53 mutation. The possibility of using the cancer-specific alterations in serum samples as a blood-based test was also explored. Triple-matched samples (cancerous tissues, matched adjacent normal tissues and serum samples) from breast cancer patients were screened for TP53 mutations, and the promoter methylation profile of P14(ARF), MDM2, TP53 and PTEN genes was analyzed as well as mtDNA alterations, including D-loop mutations and mtDNA content. In the studied cohort, no mutation was found in TP53 (DNA-binding domain). Comparison of P14(ARF) and PTEN methylation patterns showed significant hypermethylation levels in tumor tissues (P < 0.05 and <0.01, respectively) whereas the TP53 tumor suppressor gene was not hypermethylated (P < 0.511). The proportion of PTEN methylation was significantly higher in serum than in the normal tissues and it has a significant correlation to tumor tissues (P < 0.05). mtDNA analysis revealed 36.36% somatic and 90.91% germline mutations in the D-loop region and also significant mtDNA depletion in tumor tissues (P < 0.01). In addition, the mtDNA content in matched serum was significantly lower than in the normal tissues (P < 0.05). These data can provide an insight into the management of a therapeutic approach based on the reversal of epigenetic silencing of the crucial genes involved in regulatory pathways of the tumor suppressor TP53. Additionally, release of significant aberrant methylated PTEN in matched serum samples might represent a promising biomarker for breast cancer.

Association of the Epstein-Barr virus latent membrane protein 1 with lipid rafts is mediated through its N-terminal region.

The latent membrane protein 1 (LMP1) encoded by the Epstein-Barr virus acts like a constitutively activated receptor of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) family and is enriched in lipid rafts. We showed that LMP1 is targeted to lipid rafts in transfected HEK 293 cells, and that the endogenous TNFR-associated factor 3 binds LMP1 and is recruited to lipid rafts upon LMP1 expression. An LMP1 mutant lacking the C-terminal 55 amino acids (Cdelta55) behaves like the wild-type (WT) LMP1 with respect to membrane localization. In contrast, a mutant with a deletion of the 25 N-terminal residues (Ndelta25) does not concentrate in lipid rafts but still binds TRAF3, demonstrating that cell localization of LMP1 was not crucial for TRAF3 localization. Moreover, Ndelta25 inhibited WT LMP1-mediated induction of the transcription factors NF-kappaB and AP-1. Morphological data indicate that Ndelta25 hampers WT LMP1 plasma membrane localization, thus blocking LMP1 function.

Polymeric micelles as versatile carriers for drugs and nucleic acids

Le cancer est la principale cause de mortalité au Canada. Les taxanes (e.g. le paclitaxel et le docétaxel (DCTX)) constituent des remèdes efficaces contre une série de tumeurs solides telles que les cancers du sein, du poumon et de l’ovaire. Par ailleurs, des acides nucléiques (e.g. les oligonucléotides antisens (AON) ou les petits ARN interférents (siRNAs)), capables de supprimer sélectivement certains oncogènes impliqués dans la carcinogénèse, sont actuellement étudiés pour traiter une large gamme de cancers. Bien que l’activité des taxanes et des acides nucléiques soit bien établie sur des modèles humains et/ou animaux, plusieurs aspects physico-chimiques et cliniques restent encore à améliorer. Leur solubilité limitée (pour les taxanes), leur dégradation rapide dans le sang (pour les acides nucléiques), leur élimination précoce, leur absence de sélectivité et leur toxicité envers les tissus sains sont les principaux facteurs limitant leur efficacité. C’est pourquoi de nombreux efforts ont porté sur l’élaboration de systèmes de vectorisation ciblés à base de polymères, dans le but de surmonter les problèmes associés aux thérapies actuelles. Dans cette thèse, deux types de micelles polymères ont été développés pour la vectorisation de DCTX et d’acides nucléiques. D’une part, des micelles de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(oxyde de butylène/styrène) ont été étudiées pour la première fois pour solubiliser le DCTX et le protéger de l’hydrolyse. Ces polymères se sont révélés moins toxiques que le surfactant utilisé commercialement pour solubiliser le DCTX (i.e. polysorbate 80) et ont permis une libération prolongée du principe actif. D’autre part, deux systèmes différents de micelles polyioniques (PICM) ont été mis au point pour la vectorisation d’acides nucléiques. De nouveaux conjugués de poly(éthylène glycol) (PEG)-oligonucléotide ont été proposés pour la protection et la libération contrôlée d’AON. Lorsque ces conjugués ont été formulés avec des dendrimères de poly(amidoamine) (PAMAM), des complexes de taille homogène ont été obtenus. Ces PICM ont permis de prolonger la libération de l’AON et de le protéger efficacement contre la dégradation enzymatique. De plus, des polymères de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(méthacrylate de propyle-co-acide méthacrylique) ont été incorporés afin de conférer des propriétés acido-sensibles aux PICM. Dans ces micelles, formées de ce dernier polymère formulé avec le dendrimère PAMAM, des oligonucléotides (AON et siRNA) ciblant l’oncogène Bcl-2 ont été encapsulés. L’internalisation cellulaire fut assurée par un fragment d’anticorps monoclonal (Fab’) situé à l’extrémité de la couronne de PEG. Après l’internalisation cellulaire et la protonation des unités d’acide méthacrylique sous l’effet de l’acidification des endosomes, les micelles se sont affranchies de leur couronne. Elles ont ainsi exposé leur cœur composé d’acide nucléique et de dendrimère PAMAM, qui possède une charge positive et des propriétés endosomolytiques. En effet, ces PICM acido-sensibles ciblées ont permis d’augmenter la biodisponibilité des acides nucléiques vectorisés et se sont avérées plus efficaces pour silencer l’oncoprotéine Bcl-2 que les micelles non ciblées ou que le dendrimère de PAMAM commercial seul. Finalement, les nanovecteurs polymères présentés dans cette thèse se révèlent être des systèmes prometteurs pour la vectorisation des anticancéreux et des acides nucléiques.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Intestin et défauts métaboliques dans la résistance à l'insuline

En lien avec l’augmentation constante de l’obésité, de plus en plus de personnes sont atteintes de résistance à l’insuline ou de diabète de type 2. Ce projet doctoral s’est surtout intéressé à l’une des conséquences majeures des pathologies cardiométaboliques, soit la dyslipidémie diabétique. À cet égard, les gens présentant une résistance à l’insuline ou un diabète de type 2 sont plus à risque de développer des perturbations lipidiques caractérisées essentiellement par des taux élevés de triglycérides et de LDL-cholestérol ainsi que de concentrations restreintes en HDL-cholestérol dans la circulation. Les risques de maladies cardiovasculaires sont ainsi plus élevés chez ces patients. Classiquement, trois organes sont connus pour développer l’insulino-résistance : le muscle, le tissu adipeux et le foie. Néanmoins, certaines évidences scientifiques commencent également à pointer du doigt l’intestin, un organe critique dans la régulation du métabolisme des lipides postprandiaux, et qui pourrait, conséquemment, avoir un impact important dans l’apparition de la dyslipidémie diabétique. De façon très intéressante, des peptides produits par l’intestin, notamment le GLP-1 (glucagon-like peptide-1), ont déjà démontré leur potentiel thérapeutique quant à l’amélioration du statut diabétique et leur rôle dans le métabolisme intestinal lipoprotéinique. Une autre évidence est apportée par la chirurgie bariatrique qui a un effet positif, durable et radical sur la perte pondérale, le contrôle métabolique et la réduction des comorbidités du diabète de type 2, suite à la dérivation bilio-intestinale. Les objectifs centraux du présent programme scientifique consistent donc à déterminer le rôle de l’intestin dans (i) l’homéostasie lipidique/lipoprotéinique en réponse à des concentrations élevées de glucose (à l’instar du diabète) et à des peptides gastro-intestinaux tels que le PYY (peptide YY); (ii) la coordination du métabolisme en disposant de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) comme senseur incontournable permettant l’ajustement précis des besoins et disponibilités énergétiques cellulaires; et (iii) l’ajustement de sa capacité d’absorption des graisses alimentaires en fonction du gain ou de la perte de sa sensibilité à l’insuline démontrée dans les spécimens intestinaux humains prélevés durant la chirurgie bariatrique. Dans le but de confirmer le rôle de l’intestin dans la dyslipidémie diabétique, nous avons tout d’abord utilisé le modèle cellulaire intestinal Caco-2/15. Ces cellules ont permis de démontrer qu’en présence de hautes concentrations de glucose en basolatéral, telle qu’en condition diabétique, l’intestin absorbe davantage de cholestérol provenant de la lumière intestinale par l’intermédiaire du transporteur NPC1L1 (Niemann Pick C1-like 1). L’utilisation de l’ezetimibe, un inhibiteur du NPC1L1, a permis de contrecarrer cette augmentation de l’expression de NPC1L1 tout comme l’élévation de l’absorption du cholestérol, prouvant ainsi que le NPC1L1 est bel et bien responsable de cet effet. D’autre part, des travaux antérieurs avaient identifié certains indices quant à un rôle potentiel du peptide intestinal PYY au niveau du métabolisme des lipides intestinaux. Toutefois, aucune étude n’avait encore traité cet aspect systématiquement. Pour établir définitivement l’aptitude du PYY à moduler le transport et le métabolisme lipidique dans l’intestin, nous avons utilisé les cellules Caco-2/15. Notre étude a permis de constater que le PYY incubé du côté apical est capable de réduire significativement l’absorption du cholestérol et le transporteur NPC1L1. Puisque le rôle de l'AMPK dans l'intestin demeure inexploré, il est important non seulement de définir sa structure moléculaire, sa régulation et sa fonction dans le métabolisme des lipides, mais aussi d'examiner l'impact de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 (DT2) sur son statut et son mode d’action gastro-intestinal. En employant les cellules Caco-2/15, nous avons été capables de montrer (i) la présence de toutes les sous-unités AMPK (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) avec une différence marquée dans leur abondance et une prédominance de l’AMPKα1 et la prévalence de l’hétérotrimère α1/β2/γ1; (ii) l’activation de l’AMPK par la metformine et l’AICAR, résultant ainsi en une phosphorylation accrue de l’enzyme acétylCoA carboxylase (ACC) et sans influence sur l'HMG-CoA réductase; (iii) la modulation négative de l’AMPK par le composé C et des concentrations de glucose élevées avec des répercussions sur la phosphorylation de l’ACC. D’autre part, l’administration de metformine au Psammomys obesus, un modèle animal de diabète et de syndrome métabolique, a conduit à (i) une régulation positive de l’AMPK intestinale (phosphorylation de l’AMPKα-Thr172); (ii) la réduction de l'activité ACC; (iii) l’augmentation de l’expression génique et protéique de CPT1, supportant une stimulation de la β-oxydation; (iv) une tendance à la hausse de la sensibilité à l'insuline représentée par l’induction de la phosphorylation d'Akt et l’inactivation de la phosphorylation de p38; et (v) l’abaissement de la formation des chylomicrons ce qui conduit à la diminution de la dyslipidémie diabétique. Ces données suggèrent que l'AMPK remplit des fonctions clés dans les processus métaboliques de l'intestin grêle. La preuve flagrante de l’implication de l’intestin dans les événements cardiométaboliques a été obtenue par l’examen des spécimens intestinaux obtenus de sujets obèses, suite à une chirurgie bariatrique. L’exploration intestinale nous a permis de constater chez ceux avec un indice HOMA élevé (marqueur d’insulinorésistance) (i) des défauts de signalisation de l'insuline comme en témoigne la phosphorylation réduite d'Akt et la phosphorylation élevée de p38 MAPK; (ii) la présence du stress oxydatif et de marqueurs de l'inflammation; (iii) la stimulation de la lipogenèse et de la production des lipoprotéines riches en triglycérides avec l’implication des protéines clés FABP, MTP et apo B-48. En conclusion, l'intestin grêle peut être classé comme un tissu insulino-sensible et répondant à plusieurs stimuli nutritionnels et hormonaux. Son dérèglement peut être déclenché par le stress oxydatif et l'inflammation, ce qui conduit à l'amplification de la lipogenèse et la synthèse des lipoprotéines, contribuant ainsi à la dyslipidémie athérogène chez les patients atteints du syndrome métabolique et de diabète de type 2.

Caractérisation et régulation du métabolisme des acides gras dans l’hypothalamus

Un déséquilibre de la balance énergétique constitue la principale cause du développement des pathologies métaboliques telles que l’obésité et le diabète de type 2. Au sein du cerveau, l’hypothalamus joue un rôle primordial dans le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme périphérique via le système nerveux autonome. Ce contrôle, repose sur l’existence de différentes populations neuronales au sein de l’hypothalamus médio-basal (MBH), neurones à neuropeptide Y (NPY)/Agouti-related peptide (AgRP), et neurones a proopiomelanocortine (POMC), dont l’activité est directement modulée par les variations des taux circulants des nutriments tels que le glucose et les acides gras (FA). Alors que les mécanismes de détection et le métabolisme intracellulaire du glucose ont été largement étudiés, l’implication du métabolisme intracellulaire des FA dans leurs effets centraux, est très peu comprise. De plus, on ignore si le glucose, module le métabolisme intracellulaire des acides gras à longue chaine (LCFA) dans le MBH. Le but de notre première étude est, de déterminer l'impact du glucose sur le métabolisme des LCFA, le rôle de l’AMP-activated protein kinase (AMPK), kinase détectrice du statut énergétique cellulaire, et d'établir s’il y a des changements dans le métabolisme des LCFA en fonction de leur structure, du type cellulaire et de la région cérébrale. Nos résultats montrent que le glucose inhibe l'oxydation du palmitate via l’AMPK dans les neurones et les astrocytes primaires hypothalamiques, in vitro, ainsi que dans les explants du MBH, ex vivo, mais pas dans les astrocytes et les explants corticaux. De plus, le glucose augmente l'estérification du palmitate et non de l’oléate dans les neurones et les explants du MBH, mais pas dans les astrocytes hypothalamiques. Ces résultats décrivent le devenir métabolique de différents LCFA dans le MBH, ainsi que, la régulation AMPK - dépendante de leur métabolisme par le glucose dans les astrocytes et les neurones, et démontrent pour la première fois que le métabolisme du glucose et des LCFA est couplé spécifiquement dans les noyaux du MBH, dont le rôle est critique pour le contrôle de l'équilibre énergétique. Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à déterminer les mécanismes intracellulaires impliqués dans le rôle de la protéine de liaison ACBP dans le métabolisme central des FA. Nous avons démontré que le métabolisme de l’oléate et non celui du palmitate est dépendant de la protéine ACBP, dans les astrocytes hypothalamiques ainsi que dans les explants du MBH. Ainsi, nos résultats démontrent qu’ACBP, protéine identifiée originellement au niveau central, comme un modulateur allostérique des récepteurs GABA, agit comme un régulateur du métabolisme intracellulaire des FA. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche liées à la régulation du métabolisme des acides gras au niveau central, ainsi que, la nouvelle fonction de la protéine ACBP dans la régulation du métabolisme des FA au niveau du système nerveux central. Ceci aiderait à identifier des cibles moléculaires pouvant contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques de pathologies telles que l’obésité et le diabète de type 2.

Characterization of a gamma-aminobutyric acid transport system of rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841

Spontaneous mutants of Rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841 were isolated that grow faster than the wild type on gamma-aminobutyric acid (GABA) as the sole carbon and nitrogen source. These strains (RU1736 and RU1816) have frameshift mutations (gtsR101 and gtsR102, respectively) in a GntR-type regulator (GtsR) that result in a high rate of constitutive GABA transport. Tn5 mutagenesis and quantitative reverse transcription-PCR showed that GstR regulates expression of a large operon (pRL100242 to pRL100252) on the Sym plasmid that is required for GABA uptake. An ABC transport system, GtsABCD (for GABA transport system) (pRL100248-51), of the spermidine/putrescine family is part of this operon. GtsA is a periplasmic binding protein, GtsB and GtsC are integral membrane proteins, and GtsD is an ATP-binding subunit. Expression of gtsABCD from a lacZ promoter confirmed that it alone is responsible for high rates of GABA transport, enabling rapid growth of strain 3841 on GABA. Gts transports open-chain compounds with four or five carbon atoms with carboxyl and amino groups at, or close to, opposite termini. However, aromatic compounds with similar spacing between carboxyl and amino groups are excellent inhibitors of GABA uptake so they may also be transported. In addition to the ABC transporter, the operon contains two putative mono-oxygenases, a putative hydrolase, a putative aldehyde dehydrogenase, and a succinate semialdehyde dehydrogenase. This suggests the operon may be involved in the transport and breakdown of a more complex precursor to GABA. Gts is not expressed in pea bacteroids, and gtsB mutants are unaltered in their symbiotic phenotype, suggesting that Bra is the only GABA transport system available for amino acid cycling.

Neoglycolipid probes prepared via oxime ligation for microarray analysis of oligosaccharide-protein interactions

Neoglycolipid technology is the basis of a microarray platform for assigning oligosaccharide ligands for carbohydrate-binding proteins. The strategy for generating the neoglycolipid probes by reductive amination results in ring opening of the core monosaccharides. This often limits applicability to short-chain saccharides, although the majority of recognition motifs are satisfactorily presented with neoglycolipids of longer oligosaccharides. Here, we describe neoglycolipids prepared by oxime ligation. We provide evidence from NMR studies that a significant proportion of the oxime-linked core monosaccharide is in the ring-closed form, and this form selectively interacts with a carbohydrate-binding protein. By microarray analyses we demonstrate the effective presentation with oxime-linked neoglycolipids of (1) Lewis(x) trisaccharide to antibodies to Lewisx, (2) sialyllactose analogs to the sialic acid-binding receptors, siglecs, and (3) N-glycans to a plant lectin that requires an intact N-acetylglucosamine core.

Calcium-mediated binding of DNA to 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine-containing mixed lipid monolayers

The calcium-mediated interaction of DNA with monolayers of the non-toxic, zwitterionic phospholipid, 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine when mixed with 50 mol% of a second lipid, either the zwitteronic 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine or neutral cholesterol was investigated using a combination of surface pressure-area isotherms, Brewster angle microscopy, external reflectance Fourier transform infrared spectroscopy and specular neutron reflectivity in combination with contrast variation. When calcium and DNA were both present in the aqueous subphase, changes were observed in the compression isotherms as well as the surface morphologies of the mixed lipid monolayers. In the presence of calcium and DNA, specular neutron reflectivity showed that directly underneath the head groups of the lipids comprising the monolayers, DNA occupied a layer comprising approximately 13 and 18% v/v DNA for the 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine and cholesterol-containing monolayers, respectively. The volume of the corresponding layer for 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine only containing monolayers was ∼15% v/v DNA. Furthermore regardless of the presence and nature of the second lipid and the surface pressure of the monolayer, the specular neutron reflectivity experiments showed that the DNA-containing layer was 20–27 Å thick, suggesting the presence of a well-hydrated layer of double-stranded DNA. External reflectance Fourier transform infrared studies confirmed the presence of double stranded DNA, and indicated that the strands are in the B-form conformation. The results shed light on the interaction between lipids and nucleic acid cargo as well as the role of a second lipid in lipid-based carriers for drug delivery.