ARE PPARS NOVEL THERAPEUTIC TARGETS TO IMPROVE MELANOMA TREATMENT ?

Cutaneous melanoma is an aggressive malignant tumor of melanocytes, the pigment- producing cells of the epidermis, with a high incidence in developed countries. Despite some major clinical breakthroughs in the last few years, efficient therapies for metastatic melanoma, which portends a very bad prognosis, are still lacking. Among the potential therapeutic targets that have been attracting at-tention in melanoma are the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs). These members - a, ß and 7 - of the nuclear hormone receptor family, which are ligand-gated transcription factors endowed with a multitude of functions besides metabolism homeostasis, have displayed promising antitumor properties in a wide range of cancer cells, including melanoma. However, our knowledge of PPARs' functions in this skin cancer is far from complete, making the usefulness of any of the a, ß or 7 isotype as a therapeutic target uncertain. In this work, we showed that all three PPAR isotypes are expressed in normal melanocytes, in most melanoma cell lines and in primary and metastatic melanomas, and that PPAR/3 and 7 display transcriptional activity in normal melanocytes and melanoma cells. We also showed that the PPAR7 agonist rosiglitazone had anti-melanoma properties largely independent of PPAR7 expression, which was widely varying across the different cell lines and melanoma biopsies we evaluated and was not correlated with cell line stage. Consistent with the general view of PPAR7 as a tumor suppressor gene, we found that, in human samples, PPAR7 was less expressed in melanoma than in normal skin. Transcriptornic profiling of metastatic melanoma cells in which PPAR7 was pharmacologically modulated revealed an association with epithelial-to-mesenchymal transition, though the functional relevance of this finding remains to be determined. Collectively, our results suggests that PPAR7 activity in melanoma is highly complex and that a straightforward picture of PPAR7's role in this skin cancer is difficult to draw. In this study, we also provided compelling evidence that thioredoxin interacting protein (TXNIP) is, in melanoma, a bona fide PPAR7 target gene, the expression of which is repressed by PPAR7 activation. Although TXNIP is mostly known as an inhibitor of the major antioxidant thioredoxin, it has demonstrated a range of biological functions and is generally considered as a tumor suppressor gene. Consistently, we found that TXNIP expression is associated with growth arrest of melanoma cells in vitro and that forced expression of TXNIP strongly impairs cell proliferation. Interestingly, we also discovered that TXNIP favors melanoma cell migration while it diminishes their adhesion. Finally, we provided several lines of evidence that TXNIP may regulate these processes at the transcriptional level as well as by direct protein-protein interactions in the plasma membrane. Altogether, our findings suggest that the PPAR7 target TXNIP may be a double-edged sword in melanoma, hindering tumor growth but promoting invasion and dissemination. Experiments to evaluate the net biological outcome of TXNIP modulation in vivo are ongoing. -- Le mélanome cutané est une tumeur maligne agressive des mélanocytes, cellules de l'épiderme qui produisent la mélanine. Ce cancer présente un taux d'incidence élevé dans les pays développés et est grevé d'un pronostic très sombre une fois qu'il a disséminé. Malgré les importants progrès réalisés ces dernières années, aucune thérapie lie s'est encore montrée véritablement efficace contre le mélanome métastatique. Parmi les cibles thérapeutiques potentielles, nombre de groupes de recherche se sont penchés sur les peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs). Ces récepteurs - a, ß et 7 - font partie de la famille des récepteurs nucléaires aux hormones, des facteurs de transcription activés par des ligands et dotés d'une multitude de fonctions en sus de la régulation du métabolisme. Ces protéines ont démontré des propriétés anti-tumorales prometteuses dans une large gamme de cellules cancéreuses, y compris le mélanome. Cependant, nous connaissons encore très mal les fonctions des PPARs dans ce cancer de la peau, rendant l'utilité thérapeutique de l'un des isotypes a, ß ou 7 incertaine. Dans ce travail, nous avons montré que les trois isotypes sont exprimés dans les mélanocytes normaux, dans la plupart des lignées de mélanome ainsi que dans des mélanomes primaires et métastatiques; nous avons aussi montré que PPAR/3 et 7 sont actifs sur le plan transcriptionnel dans les mélanocytes normaux et les cellules de mélanome. La rosiglitazone, un agoniste de PPAR7, a démontré des propriétés anti-mélanome essentiellement indépendantes de l'expression de PPAR7, qui semble très variable dans les lignées et les biopsies que nous avons évaluées; de plus, l'expression de PPAR7 n'est pas corrélée avec le stade de la lignée. En accord avec la vision communément admise de PPAR7 comme étant un gène suppresseur de tumeur, nous avons observé dans des échantillons humains que PPAR7 est moins exprimé dans les mélanomes que dans la peau normale. Une étude transcrip- tomique de cellules de mélanome métastatique a révélé que la modulation phar-macologique de PPAR7 est associée avec la transition épithélio-mésenchymateuse, même si la pertinence fonctionnelle de cette trouvaille reste à déterminer. Collec-tivement, ces résultats suggèrent que l'activité de PPAR/y dans le mélanome est hautement complexe et qu'une image claire du rôle de PPAR7 dans ce cancer est difficile à dessiner. Dans cette étude, nous avons également fourni de solides preuves que la thiore-doxin interacting protein (TXNIP) est, dans le mélanome, un gène cible bona fide de PPAR7 dont l'expression est réprimée par l'activation de PPAR7. Bien que TXNIP soit surtout connu comme un inhibiteur de la thiorédoxine -un anti-oxydant majeur - cette protéine a démontré une large gamme de fonctions biologiques et est généralement considérée comme un gène suppresseur de tumeur. En accord avec cette conception, nous avons trouvé que l'expression de TXNIP est associée avec l'arrêt de croissance des cellules de mélanome in vitro et que l'expression forcée de TXNIP freine considérablement la prolifération cellulaire. Nous avons aussi découvert que TXNIP favorise la migration des cellules de mélanome alors qu'elle diminue leur adhésion. Enfin, nous avons obtenu plusieurs preuves que TXNIP pourrait réguler ces processus tant au niveau transcriptionnel que par des interactions protéine-protéine au sein de la membrane plasmique. En conclusion, nos résultats suggèrent que la cible de PPAR7 TXNIP pourrait être une épée à double tranchant dans le mélanome, freinant la croissance tumorale mais favorisant l'invasion et la dissémination. Des expériences permettant d'évaluer l'effet biologique net de la modulation de TXNIP in vivo sont en cours.

Engineered Trx2p industrial yeast strain protects glycolysis and fermentation proteins from oxidative carbonylation during biomass propagation

Background: In the yeast biomass production process, protein carbonylation has severe adverse effects since it diminishes biomass yield and profitability of industrial production plants. However, this significant detriment of yeast performance can be alleviated by increasing thioredoxins levels. Thioredoxins are important antioxidant defenses implicated in many functions in cells, and their primordial functions include scavenging of reactive oxygen species that produce dramatic and irreversible alterations such as protein carbonylation. Results: In this work we have found several proteins specifically protected by yeast Thioredoxin 2 (Trx2p). Bidimensional electrophoresis and carbonylated protein identification from TRX-deficient and TRX-overexpressing cells revealed that glycolysis and fermentation-related proteins are specific targets of Trx2p protection. Indeed, the TRX2 overexpressing strain presented increased activity of the central carbon metabolism enzymes. Interestingly, Trx2p specifically preserved alcohol dehydrogenase I (Adh1p) from carbonylation, decreased oligomer aggregates and increased its enzymatic activity. Conclusions: The identified proteins suggest that the fermentative capacity detriment observed under industrial conditions in T73 wine commercial strain results from the oxidative carbonylation of specific glycolytic and fermentation enzymes. Indeed, increased thioredoxin levels enhance the performance of key fermentation enzymes such as Adh1p, which consequently increases fermentative capacity.

Evolution and cellular function of monothiol glutaredoxins: involvement in iron-sulphur cluster assembly

A number of bacterial species, mostly proteobacteria, possess monothiol glutaredoxins homologous to the Saccharomyces cerevisiae mitochondrial protein Grx5, which is involved in iron–sulphur cluster synthesis. Phylogenetic profiling is used to predict that bacterial monothiol glutaredoxins also participate in the iron–sulphur cluster (ISC) assembly machinery, because their phylogenetic profiles are similar to the profiles of the bacterial homologues of yeast ISC proteins. High evolutionary cooccurrence is observed between the Grx5 homologues and the homologues of the Yah1 ferredoxin, the scaffold proteins Isa1 and Isa2, the frataxin protein Yfh1 and the Nfu1 protein. This suggests that a specific functional interaction exists between these ISC machinery proteins. Physical interaction analyses using low-definition protein docking predict the formation of strong and specific complexes between Grx5 and several components of the yeast ISC machinery. Two-hybrid analysis has confirmed the in vivo interaction between Grx5 and Isa1. Sequence comparison techniques and cladistics indicate that the other two monothiol glutaredoxins of S. cerevisiae, Grx3 and Grx4, have evolved from the fusion of a thioredoxin gene with a monothiol glutaredoxin gene early in the eukaryotic lineage, leading to differential functional specialization. While bacteria do not contain these chimaeric glutaredoxins, in many eukaryotic species Grx5 and Grx3/4-type monothiol glutaredoxins coexist in the cell.

Functional Genomic Approaches for Deciphering Plant-Virus Interactions

Plant-virus interactions are very complex in nature and lead to disease and symptom formation by causing various physiological, metabolic and developmental changes in the host plants. These interactions are mainly the outcomes of viral hijacking of host components to complete their infection cycles and of host defensive responses to restrict the viral infections. Viral genomes contain only a small number of genes often encoding for multifunctional proteins, and all are essential in establishing a viral infection. Thus, it is important to understand the specific roles of individual viral genes and their contribution to the viral life cycles. Among the most important viral proteins are the suppressors of RNA silencing (VSRs). These proteins function to suppress host defenses mediated by RNA silencing and can also serve in other functions, e.g. in viral movement, transactivation of host genes, virus replication and protein processing. Thus these proteins are likely to have a significant impact on host physiology and metabolism. In the present study, I have examined the plant-virus interactions and the effects of three different VSRs on host physiology and gene expression levels by microarray analysis of transgenic plants that express these VSR genes. I also studied the gene expression changes related to the expression of the whole genome of Tobacco mosaic virus (TMV) in transgenic tobacco plants. Expression of the VSR genes in the transgenic tobacco plants causes significant changes in the gene expression profiles. HC-Pro gene derived from the Potyvirus Y (PVY) causes alteration of 748 and 332 transcripts, AC2 gene derived from the African cassava mosaic virus (ACMV) causes alteration of 1118 and 251transcripts, and P25 gene derived from the Potyvirus X (PVX) causes alterations of 1355 and 64 transcripts in leaves and flowers, respectively. All three VSRs cause similar up-regulation in defense, hormonally regulated and different stress-related genes and down-regulation in the photosynthesis and starch metabolism related genes. They also induce alterations that are specific to each viral VSR. The phenotype and transcriptome alterations of the HC-Pro expressing transgenic plants are similar to those observed in some Potyvirus-infected plants. The plants show increased protein degradation, which may be due to the HC-Pro cysteine endopeptidase and thioredoxin activities. The AC2-expressing transgenic plants show a similar phenotype and gene expression pattern as HC-Pro-expressing plants, but also alter pathways related to jasmonic acid, ethylene and retrograde signaling. In the P25 expressing transgenic plants, high numbers of genes (total of 1355) were up-regulated in the leaves, compared to a very low number of down-regulated genes (total of 5). Despite of strong induction of the transcripts, only mild growth reduction and no other distinct phenotype was observed in these plants. As an example of whole virus interactions with its host, I also studied gene expression changes caused by Tobacco mosaic virus (TMV) in tobacco host in three different conditions, i.e. in transgenic plants that are first resistant to the virus, and then become susceptible to it and in wild type plants naturally infected with this virus. The microarray analysis revealed up and down-regulation of 1362 and 1422 transcripts in the TMV resistant young transgenic plants, and up and down-regulation of a total of 1150 and 1200 transcripts, respectively, in the older plants, after the resistance break. Natural TMV infections in wild type plants caused up-regulation of 550 transcripts and down-regulation of 480 transcripts. 124 up-regulated and 29 down-regulated transcripts were commonly altered between young and old TMV transgenic plants, and only 6 up-regulated and none of the down-regulated transcripts were commonly altered in all three plants. During the resistant stage, the strong down-regulation in translation-related transcripts (total of 750 genes) was observed. Additionally, transcripts related to the hormones, protein degradation and defense pathways, cell division and stress were distinctly altered. All these alterations may contribute to the TMV resistance in the young transgenic plants, and the resistance may also be related to RNA silencing, despite of the low viral abundance and lack of viral siRNAs or TMV methylation activity in the plants.

Les gènes et protéines BSP chez la souris et l’humain : clonage, caractérisation, expression sous forme recombinante et étude des fonctions biologiques

L’infertilité affecte environ 15% des couples en âge de se reproduire. Dans près de la moitié des cas, des facteurs masculins sont à la base de l’infertilité, quoique les causes exactes demeurent souvent inconnues. Les spermatozoïdes de mammifères subissent une série d’étapes de maturation avant d’acquérir la capacité de féconder un ovocyte. Les premiers changements ont lieu à l’intérieur de l’épididyme, où les spermatozoïdes gagnent la capacité de se mouvoir ainsi que de reconnaître et d’interagir avec l’ovocyte. Suite à l’éjaculation, ils doivent subir une seconde série de modifications à l’intérieur du tractus génital femelle, nommée capacitation. Nous avons préalablement démontré que chez le bovin, la famille de protéines BSP (Binder of SPerm) est essentielle à la capacitation. Des homologues des BSP ont aussi été isolés du fluide séminal de porc, de bouc, de bélier, de bison et d’étalon. Malgré la détection d’antigènes apparentés aux BSP dans le fluide séminal de souris et d’humain, les homologues des BSP n’ont jamais été caractérisés chez ces espèces. Nous avons émis l’hypothèse que des homologues des BSP seraient exprimés chez la souris et l’humain et joueraient un rôle dans la maturation des spermatozoïdes. Nous avons démontré que des séquences homologues aux BSP sont présentes dans les génomes murin et humain. Le génome murin contient trois séquences; Bsph1, Bsph2a et Bsph2b, tandis qu’une seule séquence (BSPH1) a été identifée chez l’humain. Les séquences d’ADNc de Bsph1, Bsph2a et BSPH1 ont été clonées, tandis que Bsph2b serait probablement un pseudogène. Les trois gènes sont exprimés uniquement dans l’épididyme et font partie d’une sous-famille distincte à l’intérieur de la famille des BSP. Chez les ongulés, les BSP sont exprimées par les vésicules séminales, sont ajoutées aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et représentent une proportion significative des protéines du plasma séminal. Au contraire, les BSP épididymaires ne sont retrouvées qu’en faibles quantités dans le fluide séminal. L’étude de leur rôle dans les fonctions spermatiques était donc plus difficile que chez les ongulés, où l’isolement des protéines natives du plasma séminal à l’aide de techniques de chromatographie était possible. Afin d’étudier sa fonction, nous avons exprimé BSPH1 recombinante dans E. coli. Les ponts disulfure des domaines de type-II caractéristiques de ces protéines ont fait en sorte que l’expression de BSPH1 fusionnée à une étiquette hexahistidine ou glutathion-S-transférase a donné lieu à des protéines insolubles dans les corps d’inclusion. La production de BSPH1 soluble a été possible grâce à l’ajout d’une étiquette thiorédoxine et l’expression dans une souche au cytoplasme oxidatif. BSPH1 a été purifiée par affinité et sa liaison aux partenaires connus des BSP, la phosphatidylcholine, les lipoprotéines de faible densité et la membrane des spermatozoïdes, suggérait que la protéine recombinante possédait sa conformation native et pouvait être utilisée pour des essais fonctionnels. La forme native de BSPH1 a été détectée dans le plasma séminal humain suite au fractionnement par gel filtration. La liaison de BSPH1 native à une colonne d’affinité à l’héparine a indiqué qu’elle partage aussi cette propriété de liaison avec la famille des BSP, et pourrait lier les GAGs semblables à l’héparine du tractus génital féminin. Une colonne d’immunoaffinité anti-BSPH1 a été préparée à l’aide d’anticorps générés contre des protéines recombinantes, et a permis d’isoler BSPH1 native à partir d’extraits de spermatozoïdes humains. Nos résultats montrent que BSPH1 native serait localisée dans les microdomaines « rafts » de la membrane. Sa masse moléculaire apparente était de 32 kDa, ce qui est supérieur à la masse prédite selon sa séquence en acides aminés, indiquant la présence probable de modifications post-traductionnelles, ou d’une migration anormale. L’effet de BSPH1 recombinante et des anticorps anti-BSPH1 sur la motilité, la viabilité et la capacitation a aussi été étudié. Les deux dernières variables ont été mesurées par un essai de cytométrie en flux, optimisé dans cette étude. Aucun effet des protéines recombinantes ou des anticorps sur la motilité et la viabilité des spermatozoïdes n’a été noté. Quoiqu’une stimulation modeste, quoique significative, de la capacitation ait été observée à la plus faible concentration de BSPH1, les concentrations plus élevées n’ont pas montré d’effet. De la même manière, les anticorps anti-BSPH1 n’ont pas eu d’effet significatif sur la capacitation. Ces résultats suggèrent que BSPH1 produite dans E. coli n’affecte pas la capacitation de façon marquée. Cependant, puisque BSPH1 native possède probablement des modifications post-traductionnelles, une protéine recombinante produite dans des cellules de mammifères pourrait affecter les fonctions spermatiques. De manière alternative, les BSP épididymaires remplissent peut-être un rôle différent dans les fonctions spermatiques que celles sécrétées par les vésicules séminales des ongulés. Les résultats décrits dans cette thèse pourraient contribuer à améliorer le diagnostic de l’infertilité masculine, ainsi que les techniques de reproduction assistée et éventuellement, pourraient mener au développement de contraceptifs masculins.

Les voies de signalisation utérines à l'émergence de la diapause embryonnaire chez le vison américain

La diapause embryonnaire se manifeste par un arrêt réversible du développement embryonnaire durant la période de préimplantation et induit un retard de l’implantation. Chez le vison américain, une diapause embryonnaire obligatoire caractérise chaque gestation. Si les mécanismes de contrôle de la diapause embryonnaire obligatoire chez cette espèce sont bien connus, le rôle utérin impliqué dans la réactivation de l’embryon demeure, quant à lui, encore inconnu. Le sujet de ce doctorat a consisté dans un premier temps à explorer l’environnement utérin à la sortie de la diapause embryonnaire afin de caractériser, dans un deuxième temps, les principaux acteurs utérins qui provoquent la réactivation de l’embryon. Nous avons effectué une analyse du transcriptome utérin à l’émergence de la diapause embryonnaire ce qui a permis de construire une librairie de 123 séquences d’ADNc utérines différentiellement exprimées à la réactivation de l’embryon et homologues à des séquences de gènes connues chez d’autres espèces. Ces gènes sont impliqués dans la régulation du métabolisme (25 %), de l’expression génique (21 %), de la transduction de signal (15 %), du cycle cellulaire (15 %), du transport (10 %) et de la structure cellulaire (9 %), reflétant ainsi d’importantes modifications utérines à la réactivation embryonnaire. Nous avons validé l’expression différentielle de dix gènes ainsi identifiés : GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxin like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), et trois gènes codant pour AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) et SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), des enzymes impliquées dans la biosynthèse des polyamines. Le patron de l’expression spatio-temporel de SPARC et d’HMGN1 illustrent spécifiquement un remodelage tissulaire et de la chromatine au niveau utérin à la sortie de la diapause embryonnaire. Ayant mesuré une augmentation des concentrations utérines en polyamines à la reprise du développement embryonnaire, nous avons émis l’hypothèse que les polyamines seraient impliquées dans les événements menant à la sortie de la diapause. L’inhibition de la biosynthèse des polyamines par un traitement à l’ α-difluoromethylornithine (DFMO) a provoqué une diminution significative de la proliferation cellulaire dans les embryons à la réactivation, un retard du moment de l’implantation, mais n’a pas affecté le succès de la reproduction. De manière similaire, nous avons induit un état de dormance dans les cellules de trophoblaste de vison en présence DFMO dans le milieu de culture, et constaté que cet état était réversible. En conclusion, cette étude a non seulement ouvert de nouveaux horizons quant à la compréhension du rôle utérin dans les événements menant à la sortie de la diapause embryonnaire, mais a démontré pour la première fois, l’existence de facteurs utérins indispensables à la réactivation de l’embryon: les polyamines.

Untersuchungen über die Redoxregulation der Glutathionsynthese und Charakterisierung von Glutaredoxinen in Spinat

Die an der Glutathionsynthese im Chloroplasten von Spinatblättern beteiligten Enzyme sind auf eine lichtabhängige Regulation durch Thioredoxine (Trx) und Glutaredoxine (Grx) hin untersucht worden. Dazu wurde eine neue, vereinfachte Methode zur Aktivitätsbestimmung für die gamma-Glutamylcystein- und Glutathionsynthetase auf der Kapillarelektrophorese entwickelt. Untersuchungen mit den homologen Thioredoxinen Trx m und Trx f aus Spinatchloroplasten und mit dem E.coli Trx und E.coli Grx 1 zeigten, dass bei beiden Enzymen keine Redoxmodulation durch diese Proteine stattfindet. Weitere Untersuchungen mit der Glutathionsynthetase zeigten keinen Einfluss von Dithiothreit, Sulfit-Ionen und Ascorbat auf die Enzymaktivität. Nur H2O2, in unphysiologischen Konzentrationen, bewirkte eine leichte Abnahme der Ausgangsaktivität. Im Fall der gamma-Glutamylcysteinsynthetase konnten verschiedene Einflüsse ausgemacht werden. So war mit Dithiothreit und H2O2 bei niedrigen Konzentrationen eine Stimulation und bei höheren Konzentration eine Inhibition der Enzymaktivität festzustellen: Sulfit-Ionen zeigten eine starke Stimulierung der gamma-Glutamylcysteinsynthetase über einen weiten Konzentrationsbereich, wobei eine starke pH-Wert-Abhängigkeit der Stimulation zu beobachten war. Ascorbat zeigte, wie bei der Glutathionsynthetase, keinen Einfluss auf die Enzymaktivität der gamma-Glutamyl-cysteinsynthetase. In einem zweiten Teil der Arbeit über die Glutaredoxine des Spinats konnte ein 12,4 kDa Protein mit Thioltransferase-Aktivität, das bisher als cytosolisches Glutaredoxin beschrieben wurde, aufgereinigt und mittels N-terminaler Sequenzierung eindeutig als ein Glutaredoxin identifiziert werden. Überdies konnte ein noch nicht beschriebenes 12,8 kDa Protein mit Thioltransferase-Aktivität aus Spinatchloroplasten aufgereinigt werden. Durch Peptid-Sequenzierung gelang es dieses Protein auch als ein Glutaredoxin zu identifizieren. Beide pflanzlichen Glutaredoxine zeigten keine Modulation der Aktivitäten der chloroplastidären Fructosebisphosphatase (FbPase) und NADPH-Malatdehydrogenase (NADPH-MDH). Auch war mit beiden Glutaredoxinen keine Dehydroascorbatreduktase-Aktivität, oder eine Stimulation der Ribonucleotidreduktase aus Lactobacillus leichmannii festzustellen.

Molekularbiologische Funktionsanalysen von Thioredoxinen aus Dictyostelium discoideum und Identifizierung neuer Interaktionspartner durch das Two-Hybrid-System

Thioredoxins are small, regulatory proteins with a mass of approximately 12 kDa and a characteristic conserved active center, which is represented in the pentapeptide trp-cys-gly-pro-cys. Up to now it is not possible to present a complete list of thioredoxin interaction partners because there is no predictable sequence in the target enzymes where thioredoxins can interact with. To get closer information about the functions and possible interaction partners of the three thioredoxins from the social soil amoeba Dictyostelium discoideum (DdTrx1 - 3) we have chosen two different strategies. In the first one the thioredoxin levels in the cell should changed by different mutants. But both the antisense technique as well as the creation of knock out mutants were not appropiate strategies in this case. Just an thioredoxin overexpressing mutant results in a developmental phenotype which allows some conclusions for possible functions of the thioredoxin in Dictyostelium discoideum. The second strategie was the two hybrid system where thioredoxin interactions partners can identified systematically. After a screening with a cDNA library from Dictyostelium 13 potential interaction partners could be detected, among them a ribonucleotid reductase, TRFA, two different cytochrome c oxidase subunits, filopodin, three ribosomal proteins, the elongationfactor 1a and the alcohol dehydrogenase from yeast. The verification of the interaction between thioredoxin and these two hybrid clones happened indirectly by a dobble mutant of thioredoxin 1, where the cysteines in the active center were replaced by redox-inactive serins. Further examinations of two choosen candidates resulted that the alcohol dehydrogenase from yeast is a thioredoxin-modululated enzym and that there is an interaction between the elongationfactor 1a and the thioredoxin 1 from Dictyostelium discoideum.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer

Oxygen-free radicals, more generally known as reactive oxygen species (ROS) along with reactive nitrogen species (RNS) are well recognised for playing a dual role as both deleterious and beneficial species. The "two-faced" character of ROS is substantiated by growing body of evidence that ROS within cells act as secondary messengers in intracellular signalling cascades, which induce and maintain the oncogenic phenotype of cancer cells, however, ROS can also induce cellular senescence and apoptosis and can therefore function as anti-tumourigenic species. The cumulative production of ROS/RNS through either endogenous or exogenous insults is termed oxidative stress and is common for many types of cancer cell that are linked with altered redox regulation of cellular signalling pathways. Oxidative stress induces a cellular redox imbalance which has been found to be present in various cancer cells compared with normal cells; the redox imbalance thus may be related to oncogenic stimulation. DNA mutation is a critical step in carcinogenesis and elevated levels of oxidative DNA lesions (8-OH-G) have been noted in various tumours, strongly implicating such damage in the etiology of cancer. It appears that the DNA damage is predominantly linked with the initiation process. This review examines the evidence for involvement of the oxidative stress in the carcinogenesis process. Attention is focused on structural, chemical and biochemical aspects of free radicals, the endogenous and exogenous sources of their generation, the metal (iron, copper, chromium, cobalt, vanadium, cadmium, arsenic, nickel)-mediated formation of free radicals (e.g. Fenton chemistry), the DNA damage (both mitochondrial and nuclear), the damage to lipids and proteins by free radicals, the phenomenon of oxidative stress, cancer and the redox environment of a cell, the mechanisms of carcinogenesis and the role of signalling cascades by ROS; in particular. ROS activation of AP-1 (activator protein) and NF-kappa B (nuclear factor kappa B) signal transduction pathways, which, in turn lead to the transcription of genes involved in cell growth regulatory pathways. The role of enzymatic (superoxide dismutase (Cu. Zn-SOD. Mn-SOD), catalase, glutathione peroxidase) and non-enzymatic antioxidants (Vitamin C, Vitamin E, carotenoids, thiol antioxidants (glutathione, thioredoxin and lipoic acid), flavonoids, selenium and others) in the process of careinogenesis as well as the antioxidant interactions with various regulatory factors, including Ref-1, NF-kappa B, AP-1 are also reviewed. 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Sulforaphane protects cortical neurons against 5-S-cysteinyl-dopamine-induced toxicity through the activation of ERK1/2, Nrf-2 and the upregulation of detoxification enzymes

The degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra has been linked to the formation of the endogenous neurotoxin 5-S-cysteinyl-dopamine. Sulforaphane (SFN), an isothiocyanate derived from the corresponding precursor glucosinolate found in cruciferous vegetables has been observed to exert a range of biological activities in various cell populations. In this study, we show that SFN protects primary cortical neurons against 5-S-cysteinyl-dopamine induced neuronal injury. Pre-treatment of cortical neurons with SFN (0.01-1 microM) resulted in protection against 5-S-cysteinyl-dopamine-induced neurotoxicity, which peaked at 100 nM. This protection was observed to be mediated by the ability of SFN to modulate the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 and the activation of Kelch-like ECH-associated protein 1/NF-E2-related factor-2 leading to the increased expression and activity of glutathione-S-transferase (M1, M3 and M5), glutathione reductase, thioredoxin reductase and NAD(P)H oxidoreductase 1. These data suggest that SFN stimulates the NF-E2-related factor-2 pathway of antioxidant gene expression in neurons and may protect against neuronal injury relevant to the aetiology of Parkinson's disease.

Structural Aspects of the Distinct Biochemical Properties of Glutaredoxin 1 and Glutaredoxin 2 from Saccharomyces cerevisiae

Glutaredoxins (Grxs) are small (9-12 kDa) heat-stable proteins that are ubiquitously distributed. In Saccharomyces cerevisiae, seven Grx enzymes have been identified. Two of them (yGrx1 and yGrx2) are dithiolic, possessing a conserved Cys-Pro-Tyr-Cys motif. Here, we show that yGrx2 has a specific activity 15 times higher than that of yGrx1, although these two oxidoreductases share 64% identity and 85% similarity with respect to their amino acid sequences. Further characterization of the enzymatic activities through two-substrate kinetics analysis revealed that yGrx2 possesses a lower Km for glutathione and a higher turnover than yGrx1. To better comprehend these biochemical differences, the pK(a) of the N-terminal active-site cysteines (Cys27) of these two proteins and of the yGrx2-C30S mutant were determined. Since the pK(a) values of the yGrx1 and yGix2 Cys27 residues are very similar, these parameters cannot account for the difference observed between their specific activities. Therefore, crystal structures of yGrx2 in the oxidized form and with a glutathionyl mixed disulfide were determined at resolutions of 2.05 and 1.91 angstrom, respectively. Comparisons of yGrx2 structures with the recently determined structures of yGrx1 provided insights into their remarkable functional divergence. We hypothesize that the substitutions of Ser23 and Gln52 in yGrx1 by Ala23 and Glu52 in yGrx2 modify the capability of the active-site C-terminal cysteine to attack the mixed disulfide between the N-terminal active-site cysteine and the glutathione molecule. Mutagenesis studies supported this hypothesis. The observed structural and functional differences between yGrx1 and yGrx2 may reflect variations in substrate specificity. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ohr (Organic Hydroperoxide Resistance Protein) Possesses a Previously Undescribed Activity, Lipoyl-dependent Peroxidase

The Ohr (organic hydroperoxide resistance) family of 15-kDa Cys-based, thiol-dependent peroxidases is central to the bacterial response to stress induced by organic hydroperoxides but not by hydrogen peroxide. Ohr has a unique three-dimensional structure and requires dithiols, but not monothiols, to support its activity. However, the physiological reducing system of Ohr has not yet been identified. Here we show that lipoylated enzymes present in the bacterial extracts of Xylella fastidiosa interacted physically and functionally with this Cys-based peroxidase, whereas thioredoxin and glutathione systems failed to support Ohr peroxidase activity. Furthermore, we could reconstitute in vitro three lipoyl-dependent systems as the Ohr physiological reducing systems. We also showed that OsmC from Escherichia coli, an orthologue of Ohr from Xylella fastidiosa, is specifically reduced by lipoyl-dependent systems. These results represent the first description of a Cys-based peroxidase that is directly reduced by lipoylated enzymes.

Structural and Biochemical Characterization of Peroxiredoxin Q beta from Xylella fastidiosa CATALYTIC MECHANISM AND HIGH REACTIVITY

The phytopathogenic bacterium Xylella fastidiosa is the etiological agent of various plant diseases. To survive under oxidative stress imposed by the host, microorganisms express antioxidant proteins, including cysteine-based peroxidases named peroxiredoxins. This work is a comprehensive analysis of the catalysis performed by PrxQ from X. fastidiosa (XfPrxQ) that belongs to a peroxiredoxin class still poorly characterized and previously considered as moderately reactive toward hydroperoxides. Contrary to these assumptions, our competitive kinetics studies have shown that the second-order rate constants of the peroxidase reactions of XfPrxQ with hydrogen peroxide and peroxynitrite are in the order of 107 and 106 M(-1) s(-1), respectively, which are as fast as the most efficient peroxidases. The XfPrxQ disulfides were only slightly reducible by dithiothreitol; therefore, the identification of a thioredoxin system as the probable biological reductant of XfPrxQ was a relevant finding. We also showed by site-specific mutagenesis and mass spectrometry that an intramolecular disulfide bond between Cys-47 and Cys-83 is generated during the catalytic cycle. Furthermore, we elucidated the crystal structure of XfPrxQ C47S in which Ser-47 and Cys-83 lie similar to 12.3 angstrom apart. Therefore, significant conformational changes are required for disulfide bond formation. In fact, circular dichroism data indicated that there was a significant redox-dependent unfolding of alpha-helices, which is probably triggered by the peroxidatic cysteine oxidation. Finally, we proposed a model that takes data from this work as well data as from the literature into account.

Tissue distribution of quiescin Q6/sulfhydryl oxidase (QSOX) in developing mouse

Quiescin Q6/sulfhydryl oxidases (QSOX) are revisited thiol oxidases considered to be involved in the oxidative protein folding, cell cycle control and extracellular matrix remodeling. They contain thioredoxin domains and introduce disulfide bonds into proteins and peptides, with the concomitant hydrogen peroxide formation, likely altering the redox environment. Since it is known that several developmental processes are regulated by the redox state, here we assessed if QSOX could have a role during mouse fetal development. For this purpose, an anti-recombinant mouse QSOX antibody was produced and characterized. In E-13.5, E-16.5 fetal tissues, QSOX immunostaining was confined to mesoderm- and ectoderm-derived tissues, while in P1 neonatal tissues it was slightly extended to some endoderm-derived tissues. QSOX expression, particularly by epithelial tissues, seemed to be developmentally-regulated, increasing with tissue maturation. QSOX was observed in loose connective tissues in all stages analyzed, intra and possibly extracellularly, in agreement with its putative role in oxidative folding and extracellular matrix remodeling. In conclusion, QSOX is expressed in several tissues during mouse development, but preferentially in those derived from mesoderm and ectoderm, suggesting it could be of relevance during developmental processes.