Isolation and partial characterization of host cell wall surface glycoproteins: their involvement in agglutination, attachment and appressorium formation by piptocephalis virginiana

Cell surface proteins obtained by alkaline extraction from isolated cell walls of Mortierella pusilla and M. candelabrum, host and nonhost, respectively, to the mycoparasite, Piptocephalis virginiana, were tested for their ability to agglutinate mycoparasite spores. The host cell wall protein extract had a high agglutinating activity (788 a.u. mg- t ) as compared with the nonhost extract (21 a.li. mg- t ). SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of the cell wall proteins revealed four protein bands, a, b, c, and d (Mr 117, 100, 85 and 64 kd, respectively) at the host surface, but not at the nonhost surface, except for the faint band c. Deletion of proteins b or c from the host cell wall protein extract significantly reduced its agglutinating activity. Proteins band c, obtained as purified preparations by a series of procedures, were shown to be two glycoproteins. Carbohydrate analysis by gas chromatography demonstrated that glucose and Nacetylglucosamine were the major carbohydrate components of the glycoproteins. It was further shown that the agglutinating activity of the pure preparation containing both band c was 500-850 times that of the single glycoproteins, suggesting the involvement of both glycoproteins in agglutination. The results suggest that the glycoproteins band c are the two subunits of agglutinin present at the host cell surface. The two glycoproteins band c purified from the host cell wall protein extract were further examined after various treatments for their possible role in agglutination, attachment and appressorium formation by the mycoparasite. Results obtained by agglutination and attachment tests showed: (1) the two glycoprotein-s are not only an agglutinin responsible for the mycoparasite spore agglutination, but may also serve as a receptor for the specific recognition, attachment and appressorium formation by the mycoparasite; (2) treatment of the rnycoparasite spores with various sugars revealed that arabinose, glucose and N-acetylglucosamine inhibited the agglutination and attachment activity of the glycoproteins, however, the relative percentage of appressorium formation was not affected by the above sugars; (3) the two glycoproteins are relatively stable with respect to their agglutinin and receptor functions. The present results suggest that the agglutination and attachment may be mediated directly by certain sugars present at the host and mycoparasite cell surfaces while the appressorlum formation may be the response of complementary combinations of both sugar and protein, the two parts of the glycoproteins at the interacting surfaces of two fungi.

An investigation into the effects of homopteran honeydew sugars versus floral nectar sugars on black fly longevity, flight performance and digestion /

Floral nectar is thought to be the primary carbohydrate source for most dipteran species. However, it has been shown that black flies (Burgin & Hunter 1997 a,b,c), mosquitoes (Foster 1995; Burkett et al. 1999; Russell & Hunter 2002), deer flies (Magnarelli & Burger 1984; Janzen & Hunter 1998; Ossowski & Hunter 2000), horse flies (Schutz & Gaugler 1989; Hunter & Ossowski 1999) and sand flies (MacVicker et al. 1990; Wallbanks et al. 1990; Cameron et al. 1992, 1995; Schlein & Jacobson 1994, 1999; Hamilton & EI Naiem 2000) feed on homopteran honeydew as well as floral nectar. Prior to 1997 floral nectar was thought to be the main source of carbohydrates for black flies. However, Burgin & Hunter (1 997a) demonstrated that up to 35% of black flies had recently consumed meals of homo pte ran honeydew. This information has necessitated a re-assessment of many life history aspects of black flies. Attempts are being made to examine the effects of nectar versus honeydew on black fly fecundity and parasite transmission (Hazzard 2003). Recently, Stanfield and Hunter (unpublished data) have shown that in female black flies, honeydew sugars produce flights of longer distance and duration than do nectar sugars. This thesis examines two aspects of black fly biology as it relates to sugar meal consumption. First, the effects of honeydew and nectar on black fly longevity are examined. Second, the proximate causation behind longer flight performances in honeydew-fed flies will be examined. The comparison between these two sources is important because nectar is composed of mainly simple sugars (monosaccharides and disaccharides) whereas honeydew is composed of both simple and complex sugars (including trisaccharides and tetrasaccharides ).

Frequency-dependent selection at the amylase locus in Drosophila melanogaster

A. strain of Drosophila melanog-aster deficient in null amylase activity (Amylase ) was isolated from a wild null population of flies. The survivorship of Amylase homozygous flies is very low when the principal dietary carbohydrate source is starch. However, the survivorship of the null Amylase genotype is comparable to the wild type when the dietary starch is replaced by glucose. In addition, the null viability of the amylase-producing and Amylase strains is comparable v and very lm<] f on a medium with no carbohydrates . Furthermore, amylase-producing genotypes were shovm to excrete enzymatically active amylase protein into the food medium. The excreted amylase causes the external breakdown of dietary starch to sugar. These results led to the following null prediction: the viability of the A.mvlase genotype (fed on a starch rich diet) might increase in the presence of individuals which were amylase-producing. It was shown experimentally that such an increase in viability did in fact occur and that this increase v\Tas proportional to the number of mnylase..::producing fli.es present. These results provide a unique example of a non-"competi ti ve inter-genotype interaction, and one where the underlying physio~ logical and biochemical mechanism has been fully understood.

Chemical synthesis of glycosylated oligoribonucleotides for siRNA development

In this study, an efficient methodology for the preparation of carbohydrate-RNA conjugates was established, which involved the use of 3,4~diethoxy-3-cyclobutene-l,2- dione (diethyl squarate) as the linking reagent. First, a glycan moiety containing an amino group reacted with diethyl squarate to form an activated glycan, which further reacted with an amino modified oligoribonucleotide to form a glycoconjugate under slightly basic conditions. The effect of glycosylation on the stability of RNA molecules was evaluated on two glycoconjugates, monomannosyl UlO-mer and dimannosyl UlO-mer. In the synthesis of aromatic fluorescent ribosides, perbenzylated ribofuranosyl pyrene and phenanthrene were synthesized from perbenzylated ribolactone. Deprotection of benzyl-protected ribofuranosyl phenanthrene and pyrene by boron tribromide gave ribofuranosyl phenanthrene and ribopyranosyl pyrene, respectively. UV/vis and fluorescent properties of the ribosides were characterized.

Human skeletal muscle pyruvate dehydrogenase phosphatase activity and expression : the effect of aerobic capacity

Activation of pyruvate dehydrogenase (PDH), which converts pyruvate into acetyl-CoA, is accomplished by a pair of specific phosphatases (PDP 1 & 2). A cross-sectional study investigating the effect of aerobic capacity on PDP activity and expression found that: 1) PDP activity and PDP! protein expression were positively correlated with most aerobic capacity measures in males (n=lS), but not females (n=12); 2) only males showed a positive correlation between PDP activity and PDPl protein expression (r=0.47; p=O.05), indicating that the increase in PDP activity in males is largely explained by increased PDPl protein expression, but that females rely on another level for PDP activity regulation; and 3) PDP} and Ela protein expression increase in unison when expressed relative to the E2 core. These data suggest that with increased aerobic capacity there is an increased capacity for carbohydrate oxidation through PDH, via El a, and an increased ability to activate PDH, via PDP, when exercising maximally.

Pyruvate dehydrogenase activity in response to skeletal muscle contraction at two stimulation frequencies in pyruvate dehydrogenase kinase 2 knockout mice

Pyruvate dehydrogenase (PDH) plays an important role in regulating carbohydrate oxidation in skeletal muscle. PD H is deactivated by a set of PD H kinases (PD K 1-4) with PDK2 and 4 being the predominant isoforms in skeletal muscle. PDK2 is highly sensitive to pyruvate inhibition, and is the most abundant isoform, while PDKI and 4 protein content are normally lower. This study examined the PDK isoform content and PDHa activation in muscle at rest and 10 and 40 Hz stimulation from PDK2 knockout (PDK2KO) mice to delineate the role of PDK2 in activating the PDH complex during low and moderate intensity muscle contraction. PDHa activity was lower in PDK2KO mice during contraction while total PDK actitvity was -4 fold lower. PDK4 protein was not different, however PDKI partially compensated for the lack of PDK2 and was -56% higher than WT. PDKI is a very potent inhibitor of the PDH complex due to its phosphorylation site specificity and allosteric regulation. These results suggest that the site specificity and allosteric regulatory properties of the individual PDK isoforms are more important than total PDK activity in determining transformation of the complex and PDHa activity during acute muscle contraction.

The effects of thermal stress on glucoregulation during exercise in participants with Type 1 Diabetes Mellitus

Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) is an autoimmune disease that destroys pancreatic beta cells, affecting glucose homeostasis. In T1DM, glucoregulation and carbohydrate oxidation may be altered in different ambient temperatures; however, current literature has yet to explore these mechanisms. This study examines the effects of 30 minutes of exercise at 65% VO2max in 5ºC, 20ºC and 35ºC in individuals with T1DM. No significant differences were observed for blood glucose across the 3 conditions (p = 0.442), but significance was found for core temperature, heat storage, and sweat rate (p < 0.01). Blood glucose was also shown to vary greatly between individuals among conditions. The mechanisms behind the differences in blood glucose may be due to the lack of significant glucagon production among conditions. These findings suggest that T1DM individuals may exercise submaximally for 30 minutes in different ambient temperatures without significant differences in glucoregulation.

Phosphorylation of Skeletal Muscle Pyruvate Dehydrogenase Phosphatase in Response to Insulin Stimulation

Pyruvate dehydrogenase phosphatase (PDP) regulates carbohydrate oxidation through the pyruvate dehydrogenase (PDH) complex. PDP activates PDH, enabling increased carbohydrate flux towards oxidative energy production. In culture myoblasts, both PDP1 and PDP2 undergo covalent activation in response to insulin–stimulation by protein kinase C delta (PKCδ). Our objective was to examine the effect of insulin on PDP phosphorylation and PDH activation in skeletal muscle. Intact rat extensor digitorum longus muscles were incubated (oxygenated at 25°C, 1g of tension) for 30min in basal or insulin–stimulated (10 mU/mL) media. PDH activity increased 58% following stimulation, (p=0.057, n=11). Serine phosphorylation of PDP1 (p=0.047) and PDP2 (p=0.006) increased by 29% and 48%, respectively (n=8), and mitochondrial PKCδ protein content was enriched by 45% in response to stimulation (p=0.0009, n=8). These data suggest that the insulin–stimulated increase in PDH activity in whole tissue is mediated through mitochondrial migration of PKCδ and subsequent PDP phosphorylation.

Effect of increased milk intake combined with endurance exercise training on body composition, blood-lipids and inflammatory markers in overweight young males

Consuming low-fat milk (LFM) after resistance training leads to improvements in body composition. Habitual aerobic exercise and dairy intake are relatively easy lifestyle modifications that could benefit a population at risk for becoming obese. Thus, the purpose of this study was to investigate combining increased LFM intake with endurance exercise on body composition, blood-lipid profile and metabolic markers. 40 young males were randomized into four groups: one ingesting 750mL LFM immediately post-exercise, the other 6hrs post-exercise; and two isocaloric carbohydrate groups ingesting at the two different times. Participants completed a 12 week endurance-training program (cycling 1 hour/day at ~60%VO2peak, 5 days/week). 23 participants completed the study. Increases in lean mass (p < 0.05), and decreases in anti-inflammatory marker adiponectin (p < 0.05) were seen in all groups. No other significant changes were observed. Future analyses should focus on longer duration exercise and include a larger sample.

Influence of timing of milk consumption coupled with endurance training on body composition and endurance training adaptations in humans.

Consumption of low-fat milk (LFM) after resistance training has been shown to have positive influences on body composition and training adaptations; however, little research has examined the effects of LFM consumption following endurance training. The purpose of the study was to look at the effects of combining additional servings of LFM following endurance exercise on body composition, bone health, and training adaptations. 40 healthy males were recruited. Individuals were randomized into 4 groups – DEI (750mL LFM immediately post exercise), DEA (750mL LFM 4 hrs prior to or 6 hrs post exercise), CEI (750mL carbohydrate beverage immediately post-exercise), and CEA (750mL carbohydrate beverage immediately post-exercise). Participants took part in a 12-week endurance training intervention (1 h/day, 3 d/wk, ~60% max HR). 22 participants completed the study. Analysis showed significant increases in lean mass, spinal bone mineral content, relative VO2peak, and a decrease in Trap 5β across all groups (p < 0.05).

Towards reverse engineering of Photosystem II: Synergistic Computational and Experimental Approaches

ABSTRACT Photosystem II (PSII) of oxygenic photosynthesis has the unique ability to photochemically oxidize water, extracting electrons from water to result in the evolution of oxygen gas while depositing these electrons to the rest of the photosynthetic machinery which in turn reduces CO2 to carbohydrate molecules acting as fuel for the cell. Unfortunately, native PSII is unstable and not suitable to be used in industrial applications. Consequently, there is a need to reverse-engineer the water oxidation photochemical reactions of PSII using solution-stable proteins. But what does it take to reverse-engineer PSII’s reactions? PSII has the pigment with the highest oxidation potential in nature known as P680. The high oxidation of P680 is in fact the driving force for water oxidation. P680 is made up of a chlorophyll a dimer embedded inside the relatively hydrophobic transmembrane environment of PSII. In this thesis, the electrostatic factors contributing to the high oxidation potential of P680 are described. PSII oxidizes water in a specialized metal cluster known as the Oxygen Evolving Complex (OEC). The pathways that water can take to enter the relatively hydrophobic region of PSII are described as well. A previous attempt to reverse engineer PSII’s reactions using the protein scaffold of E. coli’s Bacterioferritin (BFR) existed. The oxidation potential of the pigment used for the BFR ‘reaction centre’ was measured and the protein effects calculated in a similar fashion to how P680 potentials were calculated in PSII. The BFR-RC’s pigment oxidation potential was found to be 0.57 V, too low to oxidize water or tyrosine like PSII. We suggest that the observed tyrosine oxidation in BRF-RC could be driven by the ZnCe6 di-cation. In order to increase the efficiency of iii tyrosine oxidation, and ultimately oxidize water, the first potential of ZnCe6 would have to attain a value in excess of 0.8 V. The results were used to develop a second generation of BFR-RC using a high oxidation pigment. The hypervalent phosphorous porphyrin forms a radical pair that can be observed using Transient Electron Paramagnetic Resonance (TR-EPR). Finally, the results from this thesis are discussed in light of the development of solar fuel producing systems.

Sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucides : études par traçage au 13C

Les principaux substrats oxydés à l’exercice, soit les glucides, les lipides et les pro- téines ne contribuent pas tous au même niveau à la fourniture d’énergie lors de l’effort prolongé. De plus, le glucose peut provenir de différentes sources endogènes (muscle, foie) et exogènes. Plusieurs facteurs peuvent influencer leur contribution respective incluant : la masse musculaire impliquée et l’entraînement préalable, le sexe, l’état nutritionnel et les conditions environnementales. L’utilisation d’isotopes stables, tels que le carbone 13 (13C), combinée à la calorimétrie indirecte respiratoire corrigée pour l’excrétion d’urée dans l’urine et la sueur, permet de différencier les substrats endogènes et exogènes et d’évaluer la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie. Ces méthodes d’investigation permettant d’apprécier la sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucose ont permis d’effectuer les comparaisons qui ont fait l’objet des trois études de cette thèse. Dans la première étude, la sélection des substrats au cours d’un effort prolongé effectué avec les membres inférieurs ou les membres supérieurs a été comparée avec et sans ingestion de glucose. Une différence modeste fut observée entre la sélection des substrats selon le mode d’exercice avec l’ingestion d’eau, celle-ci favorisant légèrement l’oxydation des glucides lors de l’effort avec les membres supérieurs. La quantité de glucose exogène oxydée était plus faible lors de l’exercice avec les membres supérieurs qu’avec les membres supérieurs, mais sa contribution plus importante, conséquence d’une dépense énergétique plus faible. Dans la deuxième étude, on a comparé la sélection des substrats chez des sujets mas- culins et féminins et les effets d’une alimentation enrichie en glucides ou de l’ingestion de glucose, au cours d’un exercice prolongé d’une durée de deux heures. On reconnaît généralement que, pour une même puissance relative, les femmes utilisent moins de glucides et davantage de lipides que les hommes. Les effets séparés d’une alimentation riche en glucides ou de l’ingestion de glucose pendant l’exercice sur la sélection des substrats furent pourtant similaires chez les deux sexes. L’effet combiné des deux procédures de supplémentation est toutefois plus important chez la femme que chez l’homme, soutenant l’hypothèse qu’un léger déficit en glucides soit présent chez les femmes. Dans la troisième étude, l’oxydation des substrats et particulièrement celle d’amidon exogène au cours d’une marche prolongée à une faible puissance de travail a été décrite. Les individus qui pratiquent des activités physiques prolongées à des intensités faibles (< 40 %VO2max) sont encouragés à ingérer des glucides et de l’eau pendant l’effort, mais la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie est relativement peu connue. Nous avons montré que, contrairement aux observations précédemment effectuées à jeun sans ingestion de glucides pendant l’effort, les glucides (incluant de source exogène) peuvent fournir une très grande partie de l’énergie lorsqu’ils sont ingérés à des intervalles réguliers au cours de l’exercice prolongé. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que les glucides ingérés peuvent fournir une grande proportion de l’énergie pendant l’exercice prolongé. Toutefois, le mode d’exercice, le sexe et la puissance de travail mènent à des variations qui sont en grande partie liées à une dépense énergétique variable selon les conditions et les groupes d’individus ayant des caractéristiques différentes.

Synthèse d'une librairie d'analogues monomériques et dimériques du sLe X

Dans cet ouvrage sera décrite la synthèse de nouveaux analogues du sialyl Lewis X (sLex). A cet effet, nous avons préparé une librairie d’analogues synthétisée à partir d’une approche mettant en jeu un «espaceur» acyclique permettant d’avoir un biais conformationnel que nous avons défini comme la stratégie ATC-B. Nous avions déjà démontré que certains analogues portant un groupe benzoate en C-2 et en C-4 du galactose présentent une activité 50 fois supérieure à celle du sLex. Nous avions par ailleurs démontré qu’en l’absence du benzoate en C-2, l’activité devient alors trois fois plus faible. A présent, il paraissait interessant de synthétiser des analogues ayant seulement un groupe benzoate en C-4 pour evaluer l’impact de ce groupement sur la puissance de nos analogues. Par le passé, nous avions également mis en évidence le rôle des esters sur l’activité des analogues portant un «espaceur» acyclique dans le cadre de la stratégie ATC-B. Nous effectuerons donc des variations à ce niveau pour en évaluer l’impact. Enfin, nous avons préparé une nouvelle famille d’analogues de type dimère. Ceux-ci seront constitués de 2 unités des composés monomériques synthétisés précédemment. La synthèse de ces dimères fera l’emploi de la «Click Chemistry». Cette étude nous mènera a vous présenter la synthèse de ces composés et la méthodologie employée.

Étude d’un modèle murin de vieillissement sur la sténose valvulaire aortique

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux.

Synthèse de 4-désoxy hexopyrannoses, C-disaccharides et C-glycosides biologiquement actifs

Les glucides constituent la classe de molécules organiques la plus abondante et ceux-ci jouent des rôles cruciaux dans divers processus biologiques. De part leur importance médicinale, la préparation des désoxy-sucres, des C-glycosides et des C-disaccharides est devenue un sujet de pointe en synthèse organique. De façon générale, cette thèse décrit une nouvelle synthèse de novo des 4-désoxy hexopyrannoses en plus de la préparation de C-glycosides biologiquement actifs. De plus, une attention particulière a été portée à la préparation de novo de 4-désoxy-C-disaccharides. Dans un premier temps, le catalyseur de Cr(III) de Jacobsen et un complexe binaphtol/titane ont été utilisés pour réaliser des hétéro-Diels-Alder énantiosélectives. Les dihydropyrannes ainsi générés ont été transformés en 4-désoxy hexopyrannoses présents dans la nature. De cette façon, un dérivé de l’acide ézoaminuroïque, un précurseur de la désosamine et de la néosidomycine, a été préparé suivant cette approche de novo. De plus, à titre comparatif, la néosidomycine a également été fabriquée selon une approche chiron, à partir du méthyl alpha-D-mannopyrannoside. Finalement, une évaluation biologique préliminaire de la néosidomycine a été effectuée sur une la concanavaline-A (Chapitre 2). Dans un deuxième temps, une allylation stéréosélective sur un aldéhyde lié via des liens C-C à une unité mannoside a permis de générer un alcool homoallylique. Cette dernière fonctionnalité a été transformée en 4-désoxy hexopyrannose de configuration D ou L. De cette façon, la préparation de pseudo 4-désoxy-C-disaccharides, de 4-désoxy-C-disaccharides et de pseudo 4-désoxy aza-C-disaccharides a facilement été réalisée. Les rapports diastéréoisomériques de la réaction d’allylation ont été déterminés en plus de la configuration absolue des nouveaux centres stéréogéniques formés. La transformation des alcools homoallyliques en pyrannes poly hydroxylés ou en lactames poly hydroxylés a été réalisée, en plus de la déprotection de certains membres de cette famille pour une évaluation biologique préliminaire sur la concanavaline-A (Chapitre 3). Finalement, la synthèse de C-glycosides biologiquement actifs a été réalisée selon deux volets: i) préparation de 3-C-mannopyrannosyl coumarines et ii) synthèse de C-galactosides, inhibiteurs de la lectine PA-IL. Pour ce faire, le couplage de Heck a été utilisé à partir d’un ester alpha,bêta-insaturé, attaché à une unité glycosidique via des liens C-C, pour générer un dérivé glycosyl cinnamate de méthyle. Cependant, lorsque le 2-iodophénol est utilisé comme partenaire de Heck, la coumarine correspondante a été isolée. Les dérivés C-galactopyrannosyl cinnamates de méthyle représentent de bons inhibiteurs monovalents de la PA-IL avec un Kd aussi bas que 37 micro M (Chapitre 4).