Hydration, conformational states and kinetics of yeast hexokinase PII /

The kinetic study of the coupled enzymatic reaction involving monomeric yeast hexokinase PII (HK) and yeast glucose-6-phosphate dehydrogenase (G-6-PDH) yields a Michaelis constant of 0.15 ± 0.01 mM for D-glucose. At pH 8.7 HK is present in monomeric form. The addition of polyethylene glycol (PEG), to the reaction mixture increased the affinity of HK for glucose, independent ofMW of the PEG from 2000 to 10000. The osmotic stress exerted by PEG can be used to measure the change in number of water molecules that accompany enzyme conformational changes (Rand, et al., 1993). Results indicate that the G-6-PDH is not osmotically sensitive and thus, the change in the number of PEG-inaccessible water molecules (ANw) measured in the coupled reaction is only the difference between the glucose-bound and glucosefree conformations of HK. ANw ~ 450 with PEGs of MW > 2000 under conditions for both binding (Reid and Rand, 1997) and kinetic assays. The contribution water may play in the binding of ATP (Km = 0.24 + 0.02 mM) has also been examined. It was found that in this case ANw = (for osmotic pressures < 2.8x10* dynes/cm^), suggesting no additional numbers of waters are displaced when ATP binds to HK. Osmotic pressure experiments were also performed with dimeric HK. It was determined that both the monomeric and dimeric forms of HK give the same ANw under low pressures. If this large ANw is due to conformational flexibility, it would appear that the flexibility is not reduced upon dimerization ofthe enzyme.

The influence of skeletal muscle cell volume on the regulation of carbohydrate uptake and muscle metabolism

This study investigated the regulation of carbohydrate metabolism and glucose uptake through changes in skeletal muscle cell volume. Using an established invitro isolated whole muscle model, soleus (SOL) and extensor digitorum longus (EDL) muscles were dissected from male rats and incubated in an organ bath containing Sigma medium-199 with 8 mM D-glucose altered to target osmolality (hypo-osmotic: HYPO, iso-osmotic: ISO, hyper-osmotic: HYPER; 190, 290, 400 mmol/kg). Muscles were divided into two groups; metabolite (MM) and uptake (MU). MM (N=48) were incubated for 60 minutes and were then immediately flash frozen. MU (N=24) were incubated for 30 minutes and then the extracellular fluid was exchanged for media containing ^H-glucose and ^'*C-mannitol and incubated for another 30 minutes. After the incubation, the muscles were freeze clamped. Results demonstrated a relative water decrease and increase in HYPER and HYPO, respectively. EDL and SOL glucose uptakes were found to be significantly greater in HYPER conditions. The HYPER condition resulted in significant alterations in muscle metabolite concentrations (lower glycogen, elevated lactate, and G-6-P) suggesting a catabolic cell state, and an increase in glycogen synthase transformation when compared to the HYPO group. In conclusion, skeletal muscle cell volume alters rates of glucose uptake with further alterations in muscle metabolites and glycogen synthase transformation.

Probing cell surfaces of host and nonhost species of a mycoparasite, using FITC-labeled lectins

Cell surfaces of susceptible host species (Mortierella pusllla and Cboanepilora cucurbitarum ), resistant host (Pilascolomyces articulosus ), nonhost (Mortierella candelabrum ) and the mycoparasite (Piptocepilalis virginiana) were examined for sugar distribution patterns using light and fluorescent microscopy techniques. The susceptible host, resistant host and the mycoparasite species exhibited a similar sugar distribution profile; they all showed N-acetyl glucosamine and D-glucose on their cell wall surfaces. The nonhost cell wall surface showed a positive binding reaction to FITClectins specific for N-acetyl glucosamine and also for OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose. Treatment of these fungi with mild concentrations of proteinases (both commercial as well as the mycoparasiteproteinase) resulted in the revelation of additional sugars on the fungal cell walls. The susceptible host treated with proteinase expressed higher levels of N-acetyl glucosamine and D-glucose. The susceptible host also showed the presence of OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose. The proteinasetreated susceptible host cell walls also showed an increase in the levels of attachment with the mycoparasite. Treatment of the resistant host with proteinases revealed OI.-fucose in addition to N-acetyl glucosamine and D-glucose. Treatment of the nonhost cell wall with proteinase resulted in the exposure of low levels of D-glucose, in addition to sugars found on the untreated nonhost cell wall surface. The mycoparasite treated with proteinase revealed OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose on its cell surface in addition to the sugars N-acetyl glucosamine and D-glucose. Protoplasts were isolated from hosts and nonhost fungi and their surfaces were examined for sugar distribution patterns. The susceptible host and nonhost protoplast membranes showed all the sugars (N-acetyl glucosamine, D-glucose, (It.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose) tested for. The resistant host protoplast membrane however, had only N-acetyl glucosamine and D-glucose exposed. This sugar distribution profile resembles that exhibited by the untreated resistant host cell wall, as well as that shown by the untreated mycoparasite cell surface. Only susceptible host protoplasts were successful in attaching to the mycoparasite surface. Resistant host protoplasts did not show any interaction with the i mycoparasite cell surface. Both susceptible as well as resistant host protoplasts were incapable of attaching to agarose beads surface-coated with specific carbohydrates. The mycoparasite however, did attach to agarose beads surface-coated with either N-acetyl glucosamine, D-glucose/Dmannose or o:,- methyl-D-mannose. The relevance of the cell wall and the protoplast membrane in the light of the present results, in reacting appropriately to bring about either a susceptible, a resistant or a nonhost response has been discussed.

Modifications to the Suzuki reaction and mechanistic insights on the NBS mediated cleavage of benzylidene acetals /

One of the most challenging tasks for a synthetic organic chemist today, is the development of chemo, regio, and stereoselective methodologies toward the total synthesis of macromolecules. r . The objective of my thesis was to develop methodologies towards this end. The first part of my project was to develop highly functionalized chirons from D-glucose, a cheap, chiral starting material, to be utilized in this capacity. The second part of the project dealt with modifying the carbon-carbon bond forming Suzuki reaction, which is utilized quite often as a means of combining molecular sub units in total synthesis applications. As previously stated the first area of the project was to develop high value chirons from D-glucose, but the mechanism of their formation was also investigated. The free radical initiated oxidative fragmentation of benzylidene acetals was investigated through the use of several test-case substrates in order to unravel the possible mechanistic pathways. This was performed by reacting the different acetals with N-bromosuccinimide and benzoyl peroxide in chlorobenzene at 70^C in all cases. Of the three mechanistic pathways discussed in the literature, it was determined, from the various reaction products obtained, that the fragmentation of the initial benzylic radical does not occur spontaneously but rather, oxidation proceeds to give the benzyl bromide, which then fragments via a polar pathway. It was also discovered that the regioselectivity of the fragmentation step could be altered through incorporation of an allylic system into the benzylidene acetal. This allows for the acquisition of a new set of densely functionalized. chiral, valuable synthetic intermediates in only a few steps and in high yields from a-Dglucose. The second part of the project was the utilization of the phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) as an efficient reusable medium for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts of water and toluene using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and afforded complete conversion within 1 hour at 50 ^C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70 ^C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system in which the top hexane phase contained the biaryl products, the palladium catalyst remained fully dissolved in the central THPC layer, while the inorganic salts were extracted into the lower aqueous phase. The catalyst was then recycled by removing the top and bottom layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50 ^C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences.

Biological effects of resveratrol on skeletal muscle cells

Resveratrol, a polyphenol found in red wine, has been reported to have antithrombotic, antiatherogenic, and anticancer properties both in vitro and III VIVO. However, possible antidiabetic properties of resveratrol have not been examined. The objective of this study was to investigate the direct effects of resveratrol on basal and insulin-stimulated glucose uptake and to elucidate its mechanism of action in skeletal muscle cells. In addition, the effects of resveratrol on basal and insulin- stimulated amino acid transport and mitogenesis were also examined. Fully differentiated L6 rat skeletal muscle cells were incubated with resveratrol concentrations ranging from 1 to 250 IlM for 15 to 120 min. Maximum stimulation, 201 ± 8.90% of untreated control, (p<0.001), of2eH] deoxy- D- glucose (2DG) uptake was seen with 100 IlM resveratrol after 120 min. Acute, 30 min, exposure of the cells to 100 nM insulin stimulated 2DG uptake to 226 ± 12.52% of untreated control (p<0.001). This appears to be a specific property of resveratrol that is not shared by structurally similar antioxidants such as quercetin and rutin, both of which did not have any stimulatory effect. Resveratrol increased the response of the cells to submaximal insulin concentrations but did not alter the maximum insulin response. Resveratrol action did not require insulin and was not blocked by the protein synthesis inhibitor cycloheximide. L Y294002 and wortmannin, inhibitors of PI3K, abolished both insulin and resveratrolstimulated glucose uptake while phosphorylation of AktlPKB, ERK1I2, JNK1I2, and p38 MAPK were not increased by resveratrol. Resveratrol did not stimulate GLUT4 transporter translocation in GLUT4cmyc overexpressing cells, in contrast to the significant translocation observed with insulin. Furthermore, resveratrol- stimulated glucose transport was not blocked by the presence of the protein kinase C (PKC) inhibitors BIMI and G06983. Despite that, resveratrol- induced glucose transport required an intact actin network, similar to insulin. In contrast to the stimulatory effect seen with resveratrol for glucose transport, e4C]methylaminoisobutyric acid (MeAIB) transport was inhibited. Significant reduction of MeAIB uptake was seen only with 100uM resveratrol (74.2 ± 6.55% of untreated control, p<0.05), which appeared to be maximum. In parallel experiments, insulin (100 nM, 30 min) increased MeAIB transport by 147 ± 5.77% (p<0.00l) compared to untreated control. In addition, resveratrol (100 JlM, 120 min) completely abolished insulin- stimulated amino acid transport (103 ± 7.35% of untreated control,p>0.05). Resveratrol also inhibited cell proliferation in L6 myoblasts with maximal inhibition of eH]thymidine incorporation observed with resveratrol at 50 J.LM after 24 hours (8 ± 1.59% of untreated control, p

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Étude de l’expression de « Bcl-2 modifying factor » (Bmf) et son implication dans la néphropathie diabétique

Objectif : Étudier les mécanismes apoptotiques impliqués dans la néphropathie diabétique en identifiant les gènes responsables de l’apoptose et activés par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules de tubules proximaux rénaux (RPTC) de différents modèles diabétiques. Méthodes : Une hybridation par puce à AND a été réalisée sur les ARN extraits à partir de RPTC de souris heterozygotes db/m+, db/db and db/db catalase (CAT)-transgénique (Tg) de 20 semaines. Des expériences de PCR en temps réel et d’immunohistochimie réalisées sur ces modèles et sur le modèle ou le diabète avait été induit par traitement au streptozotocin (STZ) ont permis de valider les gènes apoptotiques identifiés par puce à ADN. Des RPTC immortalisées de rat ont été utilisées pour montrer l’activité de ces gènes apoptotique et la régulation de leur expression. De plus, une étude additionnelle réalisée sur des sections rénales provenant de patients diabétiques et non diabétiques a démontré également une surexpression de ces gènes apoptotiques dans les IRPTC. Résultats: L’expression de Bcl-2-modifying factor (Bmf), une protéine apoptotique, semble augmentée dans les RPTC de souris db/db comparé aux souris contrôles db/m+, ou aux souris db/db CAT-tg. La surexpression de Bmf a également été identifiée dans les RPTC du modèle diabétique STZ. La normalisation de l’hyperglycémie chez ces souris par traitement à l’insuline semble normaliser également l’expression de Bmf. In vitro, la surexpression du cDNA de Bmf dans les RPTC promouvoit l’apoptose et augmente l’activité de caspase 3. La stimulation de RPTC de Rat avec le glucose élevé (25mM de D-glucose) semble augmenter l’expression de Bmf et le traitement de ces cellules avec la roténone, les Diphénylène iodonium, la catalase et l’apocynine semble renverser cette stimulation. L’inhibition de Bmf avec un siRNA semble réduire l’apoptose induite par le glucose élevé. L’expression de Bmf a également été démontrée dans les RPTC de patients diabétiques. Conclusion: Ces résultats ont démontré une surexpression de Bmf dans les RPTC de différents modèles diabétiques et suggèrent son potentiel rôle dans la régulation de l’apoptose et de l’atrophie tubulaire chez les diabétiques.

L’impact de l’inhibition de la iNOS et de la kininase I dans les effets délétères du récepteur B1 des kinines dans le diabète de type 2

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans un bon nombre de processus biologiques et inflammatoires. Elles agissent sur deux types de récepteurs (R) couplés aux protéines G, le RB2 constitutif et le RB1 qui est induit par le stress oxydatif et les cytokines pro-inflammatoires via le facteur de transcription nucléaire, le NF-kB. Le RB1 est un puissant activateur de la iNOS et il augmente son expression chez le rat insulino-résistant. Dans ce modèle de rats soumis à une diète riche en D-glucose, un traitement d’une semaine avec un antagoniste non peptidique du RB1, le SSR240612, renverse la plupart des complications diabétiques. Ces travaux nous mènent à émettre l’hypothèse que la iNOS contribue aux effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Nous avons donc évalué les effets d’un traitement prolongé d’une semaine soit avec le 1400W (1 mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur sélectif de la iNOS, ou avec le Mergetpa (1mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur non sélectif de la carboxypeptidase M (CPM) qui supprime la formation d’agonistes du RB1. Ces deux traitements devraient reproduire les effets bénéfiques de l’antagoniste du RB1 (SSR240612). En effet, le 1400W et le Mergetpa corrigent l’hyperglycémie, la résistance à l’insuline (l’indice HOMA), l’allodynie au froid et l’expression de plusieurs marqueurs de l’inflammation (Cox-2, iNOS, RB1, IL-1, anion superoxyde). Ces résultats confirment la contribution de la iNOS dans les effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Dans un autre volet, ce mémoire vise à mieux comprendre l’impact de l’inhibition du RB1 par le SSR240612 (10 μg/g/jour) combiné ou pas avec le Pioglitazone (1.6 mg/g/jour) (un anti-diabétique de la famille des thiazolidinediones, le TZD) dans un modèle de diabète de type 2 associé à l’obésité chez la souris C57BL/6J soumise à une diète riche vi en gras pendant vingt semaines. Un traitement pendant deux semaines avec le TZD corrige l’intolérance au glucose et réduit les taux plasmatiques d’insuline alors que le SSR n’a pas d’effet. Les traitements combinés du TZD avec le SSR corrigent davantage la perte de la sensibilité à l’insuline et réduisent les taux plasmatiques de leptine. Les résultats obtenus suggèrent que le SSR n’apporte pas l’effet bénéfique souhaité, dans ce modèle avancé de diabète de type 2, contrairement au modèle des rats insulino-résistants (pré-diabétiques).

L-Glutaminase production by marine Beau6eria sp. under solid state fermentation

Extracellular L-glutaminase production by Beau6eria sp., isolated from marine sediment, was observed during solid state fermentation using polystyrene as an inert support. Maximal enzyme production (49.89 U:ml) occurred at pH 9.0, 27°C, in a seawater based medium supplemented with L-glutamine (0.25% w:v) as substrate and D-glucose (0.5% w:v) as additional carbon source, after 96 h of incubation. Enzyme production was growth associated. Results indicate scope for production of salt tolerant L-glutaminase using this marine fungus

Estudi estructural, ultraestructural i histoquímic de les glàndules sexuals accessòries del mascle reproductor porcí (Sus domesticus)

El present treball analitza al microscopi òptic i al microscopi electrònic de transmissió les glàndules sexuals accessòries de Sus domesticus (raça Landrace - varietat anglesa) a partir de mascles reproductors porcins adults i sans. Un millor coneixement dels patrons estructural i ultraestructural normals de las glàndules sexuals accessòries permetrà diagnosticar amb facilitat quina ha estat l'estructura o la funció glandular afectada en mascles en els que s'observa una disminució de la qualitat del semen. Per altra banda, els estudis anatomopatològics s'han de complementar amb tècniques histoquímiques que generalment permeten confirmar o excloure un diagnòstic histopatològic previ. Les glàndules sexuals accessòries del mascle reproductor porcí estan molt desenvolupades i inclouen les glàndules vesiculars, la pròstata i les glàndules bulbouretrals. L'epiteli secretor de les glàndules vesiculars està format per cèl·lules columnars, cèl·lules basals i mastòcits. Les cèl·lules columnars es caracteritzen per presentar tres morfologies diferents que es consideren diferents estadis d'un mateix tipus cel·lular: les cèl·lules principals, les cèl·lules clares i les cèl·lules denses. Les cèl·lules principals secreten activament glicoproteïnes N- i O- glicosilades amb residus d'α-L-fucosa, α(16)fucosa, α-D-mannosa, α-D-glucosa, α- i -D-N-acetilgalactosamina, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina, α-D-galactosa, galactosa-(14)-N-acetilglucosamina, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. Aquestes glicoproteïnes afavoreixen les interaccions entre l'espermatozoide i l'occit i regulen la permeabilitat de la membrana espermàtica. La pròstata està formada per dues porcions glandulars, el cos de la pròstata (BP) y la pròstata disseminada (DP), entre las quals s'observen diferencies estructurals, ultraestructurals, histoquímiques i funcionals. En ambdues porcions, l'epiteli secretor està constituït per cèl·lules columnars principals, denses i cèl·lules basals, i també per cèl·lules cúbiques en el BP i per cèl·lules mucoses en la DP. En ambdues porcions glandulars, se sintetitzen i secreten N- i O- glicoproteïnes neutres i àcides. Aquestes glicoproteïnes s'alliberen mitjançant un mecanisme regulat en el BP y mitjançant un mecanisme regulat i un constitutiu en la DP. Les glucoproteïnes luminals del BP contenen residus de fucosa, mannosa, α- i -D-N-acetilgalactosamina, galactosa-(14)-N-acetilglucosamina, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. En la DP les glicoproteïnes presenten, a més, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina i α-D-galactosa. Les glicoproteïnes secretades en el BP i en la DP per via regulada, participen en el control de l'estabilitat del plasmalemma dels espermatozoides, eviten la resposta immune uterina i l'aglutinació dels espermatozoides i afavoreixen la seva motilitat progressiva. Les glicoproteïnes secretades per via constitutiva en la DP protegeixen i lubrifiquen la uretra pelviana. L'epiteli secretor de les glàndules bulbouretrals està format per cèl·lules piramidals principals i denses. Les cèl·lules principals sintetitzen i secreten principalment O-glicoproteïnes àcides carboxilades i sulfatades amb residus glicosídics d'N-acetilgalactosamina, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina, α-D-galactosa, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. Aquests residus proporcionen resistència a la proteolisi a les O-glicoproteïnes secretades, les quals participen en la lubrificació y protecció de l'epiteli, i intervenen en el control de la permeabilitat del plasmalemma dels espermatozoides i en el transport d'ions al seu través.

A synthetic route to fully substituted chiral cyclopentylamine derivatives: precursors of carbanucleosides

Removal of silyl protection from D-glucose derived substrate 6 afforded 7, which upon acetonide deprotection followed by reaction with N-benzylhydroxylamine furnished two isomeric isoxazolidinocyclopentane derivatives via spontaneous cyclization of an in situ generated nitrone. The methyl xanthate derivative of the tertiary hydroxyl group of one isomer was isolated and subjected to radical deoxygenation reaction to form epimeric products, while with the other isomer it underwent spontaneous 1,2-elimination to form a mixture of the two possible endocyclic olefins. Hydrogenolytic cleavage of the isoxazolidine rings of the purified products followed by insertion of 5-amino-4-chloropyrimidine moiety and purine ring construction smoothly afforded structurally unique carbanucleoside analogues. Various spectroscopic methods on the synthesized compounds and X-ray analysis on one important intermediate were used to assign the structures and stereochemistry of the products.

Phenylephrine promotes phosphorylation of Bad in cardiac myocytes through the extracellular signal-regulated kinases 1/2 and protein kinase A.

Studies in non-cardiomyocytic cells have shown that phosphorylation of the Bcl-2 family protein Bad on Ser-112, Ser-136 and Ser-155 decreases its pro-apoptotic activity. Both phenylephrine (100 microM) and the cell membrane-permeating cAMP analog, 8-(4-chlorophenylthio)-cAMP (100 microM), protected against 2-deoxy-D-glucose-induced apoptosis in neonatal rat cardiac myocytes as assessed by terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL). In cardiac myocytes, phenylephrine primarily stimulates the alpha-adrenoceptor, but, at high concentrations (100 microM), it also increases the activity of the cAMP-dependent protein kinase, protein kinase A (PKA) through the beta-adrenoceptor. Phenylephrine (100 microM) promoted rapid phosphorylation of Bad(Ser-112) and Bad(Ser-155), though we were unable to detect phosphorylation of Bad(Ser-136). Phosphorylation of Bad(Ser-112) was antagonized by either prazosin or propranolol, indicating that this phosphorylation required stimulation of both alpha(1)- and beta-adrenoceptors. Phosphorylation of Bad(Ser-155) was antagonized only by propranolol and was thus mediated through the beta-adrenoceptor. Inhibitor studies and partial purification of candidate kinases by fast protein liquid chromatography showed that the p90 ribosomal S6 kinases, p90RSK2/3 [which are activated by the extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2)] directly phosphorylated Bad(Ser-112), whereas the PKA catalytic subunit directly phosphorylated Bad(Ser-155). However, efficient phosphorylation of Bad(Ser-112) also required PKA activity. These data suggest that, although p90RSK2/3 phosphorylate Bad(Ser-112) directly, phosphorylation of this site is enhanced by phosphorylation of Bad(Ser-155). These phosphorylations potentially diminish the pro-apoptotic activity of Bad and contribute to the cytoprotective effects of phenylephrine and 8-(4-chlorophenylthio)-cAMP.

Nutrient Selection in the Absence of Taste Receptor Signaling

When allowed to choose between different macronutrients, most animals display a strong attraction toward carbohydrates compared with proteins. It remains uncertain, however, whether this food selection pattern depends primarily on the sensory properties intrinsic to each nutrient or, alternatively, metabolic signals can act independently of the hedonic value of sweetness to stimulate elevated sugar intake. Here we show that Trpm5(-/-) mice, which lack the cellular mechanisms required for sweet and several forms of L-amino acid taste transduction, develop a robust preference for D-glucose compared with isocaloric L-serine independently of the perception of sweetness. Moreover, a close relationship was found between glucose oxidation and taste-independent nutrient intake levels, with animals increasing intake as a function of glucose oxidation rates. Furthermore, microdialysis measurements revealed nutrient-specific dopaminergic responses in accumbens and dorsal striatum during intragastric infusions of glucose or serine. Specifically, intragastric infusions of glucose induced significantly higher levels of dopamine release compared with isocaloric serine in both ventral and dorsal striatum. Intragastric stimulation of dopamine release seemed to depend on glucose utilization, because administration of an anti-metabolic glucose analog resulted in lower dopamine levels in striatum, an effect that was reversed by intravenous glucose infusions. Together, our findings suggest that carbohydrate-specific preferences can develop independently of taste quality or caloric load, an effect associated with the ability of a given nutrient to regulate glucose metabolism and stimulate brain dopamine centers.

Design of new oxazaphosphorine anticancer drugs

The oxazaphosphorines including cyclophosphamide (CPA, Cytoxan, or Neosar), ifosfamide (IFO, Ifex) and trofosfamide (Ixoten) represent an important group of therapeutic agents due to their substantial antitumor and immunomodulating activity. However, several intrinsic limitations have been uncounted during the clinical use of these oxazaphosphorines, including substantial pharmacokinetic variability, resistance and severe host toxicity. To circumvent these problems, new oxazaphosphorines derivatives have been designed and evaluated with an attempt to improve the selectivity and response with reduced host toxicity. These include mafosfamide (NSC 345842), glufosfamide (D19575, β-Dglucosylisophosphoramide mustard), S-(-)-bromofosfamide (CBM-11), NSC 612567 (aldophosphamide perhydrothiazine) and NSC 613060 (aldophosphamide thiazolidine). Mafosfamide is an oxazaphosphorine analog that is a chemically stable 4-thioethane sulfonic acid salt of 4-hydroxy-CPA. Glufosfamide is IFO derivative in which the isophosphoramide mustard, the alkylating metabolite of IFO, is glycosidically linked to a β-D-glucose molecule. Phase II studies of glufosfamide in the treatment of pancreatic cancer, non-small cell lung cancer (NCSLC), and recurrent glioblastoma multiform (GBM) have recently completed and Phase III trials are ongoing, while Phase I studies of intrathecal mafosfamide have recently completed for the treatment of meningeal malignancy secondary to leukemia, lymphoma, or solid tumors. S-(-)- bromofosfamide is a bromine-substituted IFO analog being evaluated in a few Phase I clinical trials. The synthesis and development of novel oxazaphosphorine analogs with favourable pharmacokinetic and pharmacodynamic properties still constitutes a great challenge for medicinal chemists and cancer pharmacologists.