Regulation of HMG-CoA reductase, HSL and ACAT expression and activity in testicular cholesterol metabolism in mink and in mouse following experimental genetic deletion

Introduction: L'homéostasie du cholestérol est indispensable à la synthèse de la testostérone dans le tissu interstitiel et la production de gamètes mâles fertiles dans les tubules séminifères. Les facteurs enzymatiques contribuent au maintien de cet équilibre intracellulaire du cholestérol. L'absence d'un ou de plusieurs enzymes telles que la HMG-CoA réductase, la HSL et l'ACAT-1 a été associée à l'infertilité masculine. Toutefois, les facteurs enzymatiques qui contribuent au maintien de l'équilibre intra-tissulaire du cholestérol n'ont pas été étudiés. Cette étude a pour but de tester l'hypothèse que le maintien des taux de cholestérol compatibles avec la spermatogenèse nécessite une coordination de la fonction intracellulaire des enzymes HMG-CoA réductase, ACAT1 et ACAT2 et la HSL. Méthodes: Nous avons analysé l'expression de l’ARNm et de la protéine de ces enzymes dans les fractions enrichies en tubules séminifères (STf) de vison durant le développement postnatal et le cycle reproductif annuel et dans les fractions enrichies en tissu interstitiel (ITf) et de STf durant le développement postnatal chez la souris. Nous avons développé deux nouvelles techniques pour la mesure de l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de celle de l'ACAT1 et ACAT2. En outre, l'immunohistochimie a été utilisée pour localiser les enzymes dans le testicule. Enfin, les souris génétiquement déficientes en HSL, en SR-BI et en CD36 ont été utilisées pour élucider la contribution de la HMG-CoA réductase, l'ACAT1 et l'ACAT2 et la HSL à l'homéostasie du cholestérol. Résultats: 1) HMG-CoA réductase: (Vison) La variation du taux d’expression de l’ARNm de la HMG-CoA réductase était corrélée à celle de l'isoforme de 90 kDa de la protéine HMG-CoA réductase durant le développement postnatal et chez l'adulte durant le cycle reproductif saisonnier. L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase augmentait de façon concomitante avec le taux protéinique pour atteindre son niveau le plus élevé à 240 jours (3.6411e-7 mol/min/μg de protéines) au cours du développement et en Février (1.2132e-6 mol/min/μg de protéines) durant le cycle reproductif chez l’adulte. (Souris), Les niveaux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase étaient maximales à 42 jours. A l'opposé, le taux protéinique diminuait au cours du développement. 2) HSL: (Vison), l'expression de la protéine de 90 kDa de la HSL était élevée à 180- et 240 jours après la naissance, ainsi qu'en Janvier durant le cycle saisonnier chez l'adulte. L'activité enzymatique de la HSL augmentait durant le développement pour atteindre un pic à 270 jours (36,45 nM/min/μg). Chez l'adulte, l'activité enzymatique de la HSL était maximale en Février. (Souris) Le niveau d’expression de l'ARNm de la HSL augmentait significativement à 21-, 28- et 35 jours après la naissance concomitamment avec le taux d'expression protéinique. L'activité enzymatique de la HSL était maximale à 42 jours suivie d'une baisse significative chez l'adulte. 3) ACAT-1 et ACAT-2: Le présent rapport est le premier à identifier l’expression de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 dans les STf de visons et de souris. (Vison) L'activité enzymatique de l'ACAT-2 était maximale à la complétion du développement à 270 jour (1190.00 CPMB/200 μg de protéines) et en janvier (2643 CPMB/200 μg de protéines) chez l'adulte. En revanche, l'activité enzymatique de l'ACAT-1 piquait à 90 jours et en août respectivement durant le développement et chez l'adulte. (Souris) Les niveaux d'expression de l'ARNm et la protéine de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement. Le taux de l'ARNm de l'ACAT-2, à l’opposé du taux protéinique, augmentait au cours du développement. L'activité enzymatique de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement tandis que celle de l'ACAT-2 augmentait pour atteindre son niveau maximal à 42 jours. 4) Souris HSL-/ -: Le taux d’expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase diminuaient significativement dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+. Par contre, les taux de l'ARNm et les niveaux des activités enzymatiques de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 étaient significativement plus élevés dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+ 5) Souris SR-BI-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-1 étaient plus basses dans les STf de souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. A l'opposé, le taux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HSL étaient augmentées chez les souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. 6) Souris CD36-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-2 étaient significativement plus faibles tandis que celles de la HSL et de l'ACAT-1 étaient inchangées dans les STf de souris CD36-/- comparées aux souris CD36+/+. Conclusion: Nos résultats suggèrent que: 1) L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de la HSL sont associées à l'activité spermatogénétique et que ces activités ne seraient pas régulées au niveau transcriptionnel. 2) L'ACAT-1 et de l'ACAT-2 sont exprimées dans des cellules différentes au sein des tubules séminifères, suggérant des fonctions distinctes pour ces deux isoformes: l'estérification du cholestérol libre dans les cellules germinales pour l'ACAT-1 et l'efflux du cholestérol en excès dans les cellules de Sertoli au cours de la spermatogenèse pour l'ACAT-2. 3) La suppression génétique de la HSL diminuait la HMG-CoA réductase et augmentait les deux isoformes de l'ACAT, suggérant que ces enzymes jouent un rôle critique dans le métabolisme du cholestérol intratubulaire. 4) La suppression génétique des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI et CD36 affecte l'expression (ARNm et protéine) et l'activité des enzymes HMG-CoA réductase, HSL, ACAT-1 et ACAT-2, suggérant l'existence d’un effet compensatoire entre facteurs enzymatiques et non-enzymatiques du métabolisme du cholestérol dans les fractions tubulaires. Ensemble, les résultats de notre étude suggèrent que les enzymes impliquées dans la régulation du cholestérol intratubulaire agissent de concert avec les transporteurs sélectifs de cholestérol dans le but de maintenir l'homéostasie du cholestérol intra-tissulaire du testicule.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Genetic studies on the role of type IA DNA topoisomerases in DNA metabolism and genome maintenance in Escherichia coli

Le surenroulement de l’ADN est important pour tous les processus cellulaires qui requièrent la séparation des brins de l’ADN. Il est régulé par l’activité enzymatique des topoisomérases. La gyrase (gyrA et gyrB) utilise l’ATP pour introduire des supertours négatifs dans l’ADN, alors que la topoisomérase I (topA) et la topoisomérase IV (parC et parE) les éliminent. Les cellules déficientes pour la topoisomérase I sont viables si elles ont des mutations compensatoires dans un des gènes codant pour une sous-unité de la gyrase. Ces mutations réduisent le niveau de surenroulement négatif du chromosome et permettent la croissance bactérienne. Une de ces mutations engendre la production d'une gyrase thermosensible. L’activité de surenroulement de la gyrase en absence de la topoisomérase I cause l’accumulation d’ADN hyper-surenroulé négativement à cause de la formation de R-loops. La surproduction de la RNase HI (rnhA), une enzyme qui dégrade l’ARN des R-loops, permet de prévenir l’accumulation d’un excès de surenroulement négatif. En absence de RNase HI, des R-loops sont aussi formés et peuvent être utilisés pour déclencher la réplication de l’ADN indépendamment du système normal oriC/DnaA, un phénomène connu sous le nom de « constitutive stable DNA replication » (cSDR). Pour mieux comprendre le lien entre la formation de R-loops et l’excès de surenroulement négatif, nous avons construit un mutant conditionnel topA rnhA gyrB(Ts) avec l’expression inductible de la RNase HI à partir d’un plasmide. Nous avons trouvé que l’ADN des cellules de ce mutant était excessivement relâché au lieu d'être hypersurenroulé négativement en conditions de pénurie de RNase HI. La relaxation de l’ADN a été montrée comme étant indépendante de l'activité de la topoisomérase IV. Les cellules du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) forment de très longs filaments remplis d’ADN, montrant ainsi un défaut de ségrégation des chromosomes. La surproduction de la topoisomérase III (topB), une enzyme qui peut effectuer la décaténation de l’ADN, a corrigé les problèmes de ségrégation sans toutefois restaurer le niveau de surenroulement de l’ADN. Nous avons constaté que des extraits protéiques du mutant topA rnhA gyrB(Ts) pouvaient inhiber l’activité de surenroulement négatif de la gyrase dans des extraits d’une souche sauvage, suggérant ainsi que la pénurie de RNase HI avait déclenché une réponse cellulaire d’inhibition de cette activité de la gyrase. De plus, des expériences in vivo et in vitro ont montré qu’en absence de RNase HI, l’activité ATP-dépendante de surenroulement négatif de la gyrase était inhibée, alors que l’activité ATP-indépendante de cette enzyme demeurait intacte. Des suppresseurs extragéniques du défaut de croissance du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) qui corrigent également les problèmes de surenroulement et de ségrégation des chromosomes ont pour la plupart été cartographiés dans des gènes impliqués dans la réplication de l’ADN, le métabolisme des R-loops, ou la formation de fimbriae. La deuxième partie de ce projet avait pour but de comprendre les rôles des topoisomérases de type IA (topoisomérase I et topoisomérase III) dans la ségrégation et la stabilité du génome de Escherichia coli. Pour étudier ces rôles, nous avons utilisé des approches de génétique combinées avec la cytométrie en flux, l’analyse de type Western blot et la microscopie. Nous avons constaté que le phénotype Par- et les défauts de ségrégation des chromosomes d’un mutant gyrB(Ts) avaient été corrigés en inactivant topA, mais uniquement en présence du gène topB. En outre, nous avons démontré que la surproduction de la topoisomérase III pouvait corriger le phénotype Par- du mutant gyrB(Ts) sans toutefois corriger les défauts de croissance de ce dernier. La surproduction de topoisomérase IV, enzyme responsable de la décaténation des chromosomes chez E. coli, ne pouvait pas remplacer la topoisomérase III. Nos résultats suggèrent que les topoisomérases de type IA jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes lorsque la gyrase est inefficace. Pour étudier le rôle des topoisomérases de type IA dans la stabilité du génome, la troisième partie du projet, nous avons utilisé des approches génétiques combinées avec des tests de « spot » et la microscopie. Nous avons constaté que les cellules déficientes en topoisomérase I avaient des défauts de ségrégation de chromosomes et de croissance liés à un excès de surenroulement négatif, et que ces défauts pouvaient être corrigés en inactivant recQ, recA ou par la surproduction de la topoisomérase III. Le suppresseur extragénique oriC15::aph isolé dans la première partie du projet pouvait également corriger ces problèmes. Les cellules déficientes en topoisomérases de type IA formaient des très longs filaments remplis d’ADN d’apparence diffuse et réparti inégalement dans la cellule. Ces phénotypes pouvaient être partiellement corrigés par la surproduction de la RNase HI ou en inactivant recA, ou encore par des suppresseurs isolés dans la première partie du projet et impliques dans le cSDR (dnaT18::aph et rne59::aph). Donc, dans E. coli, les topoisomérases de type IA jouent un rôle dans la stabilité du génome en inhibant la réplication inappropriée à partir de oriC et de R-loops, et en empêchant les défauts de ségrégation liés à la recombinaison RecA-dépendante, par leur action avec RecQ. Les travaux rapportés ici révèlent que la réplication inappropriée et dérégulée est une source majeure de l’instabilité génomique. Empêcher la réplication inappropriée permet la ségrégation des chromosomes et le maintien d’un génome stable. La RNase HI et les topoisomérases de type IA jouent un rôle majeur dans la prévention de la réplication inappropriée. La RNase HI réalise cette tâche en modulant l’activité de surenroulement ATP-dependante de la gyrase, et en empêchant la réplication à partir des R-loops. Les topoisomérases de type IA assurent le maintien de la stabilité du génome en empêchant la réplication inappropriée à partir de oriC et des R-loops et en agissant avec RecQ pour résoudre des intermédiaires de recombinaison RecA-dépendants afin de permettre la ségrégation des chromosomes.

Effect of Pyridoxine on Growth, Metabolism and Cellular Activity of Macrobrachium rosenbergii

Effect of pyridoxine on growth, metabolism and cellular activity of freshwater prawn Macrobrachiuni rosenbergii was studied. Postlarvae (PL-10) of M. rosenbergii were fed with clam meat containing various concentrations of pyridoxine. After 30 days RNA and DNA of the abdominal tissues were estimated. Length, weight and RNA to DNA ratio increased significantly with increasing concentrations of pyridoxine. The effect of pyridoxine on the metabolic enzyme, malate dehydrogenase, was also studied. Vmax showed a significant decrease and the (Km) showed a significant increase in experimental groups compared to control.

The influence of organophosphorus pesticide-methylparathion on protein, lipid metabolism and detoxifying enzymes in rohu (Labeo rohita)

Methylparathion (MP) is an organophosphorus insecticide used world wide in agriculture due to its high activity against a broad spectrum of insect pests. The aim of the study is to understand the effect of methylparathion on the lipid peroxidation, detoxifying and antioxidant enzymes namely catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), superoxide dismutase (SOD), glutathione Stransferase (GST), total reduced glutathione (GSH), lipid peroxidation (LPO), acetylcholinesterase (AChE) and disease diagnostic marker enzymes in liver, sarcoplasmic (SP) and myofirbirllar (MF) proteins in muscles, lipids and histopathlogical changes in various organs of Labeo rohita of size 75 i 6g at lethal and sublethal level of exposure. The probit analysis showed that the lethal concentration (LC 50%) for 24, 48, 72 and 96h were 15.5mg/L, 12.3mg/L, 11.4mg/L and 10.2mg/L respectively which is much higher compared to the LC50 for juvenile fish. The LPO level and GST activity increased five folds and two folds respectively on exposure to methylparathion at 10.2 mg/L and the level of the enzymes increased, on sub lethal exposure beyond 0.25mg/L. AChE activity was inhibited by 74% at a concentration of 1.8mg/L and 90% at 5.4mg/L. The disease diagnostic marker enzymes AST, ALT, ALP and LDH increased by about 2, 3 ,3 and 2 folds respectively at pesticide concentration of 10.2mg/L when compared to control. On sub lethal exposure, however the enzymes did not show any significant changes up to 0.5mg/L. At a concentration of 10.2 mg/L, there was a three fold increase in myofibrillar proteins while the increase in sarcoplasmic protein was above 1.5 fold. On sub lethal exposure, significant alteration was noticed up to 30 days up to 1mg/L of methylparathion concentration. Further exposure up to 45 days increased sarcoplasmic proteins (upto 0.5mg/L). ln the case of myofibrillar proteins, noticeable changes were observed at 1mg/L concentration right from 15th day. The cholesterol content in brain tissues increased by about 27% at methylparathion concentration of 5.4 mglL. However at 0.25mg/L sub lethal concentration, no significant alteration was observed in enzyme activity, muscle proteins, lipids and histopathology of the tissues. The results suggest that methylparathion has the potential to induce oxidative stress in fish, and that liver, muscle and brains are more sensitive organs of Labeo rohita, with poor antioxidant potentials at higher concentrations of the pesticide. The various parameters studied in this investigation can also be used as biomarkers of methylparathion exposure.

Effect of prolonged intravenous glucose and essential amino acid infusion on nitrogen balance, muscle protein degradation and ubiquitin-conjugating enzyme gene expression in calves

Background: Intravenous infusions of glucose and amino acids increase both nitrogen balance and muscle accretion. We hypothesised that co-infusion of glucose ( to stimulate insulin) and essential amino acids (EAA) would act additively to improve nitrogen balance by decreasing muscle protein degradation in association with alterations in muscle expression of components of the ubiquitin-proteasome proteolytic pathway. Methods: We examined the effect of a 5 day intravenous infusions of saline, glucose, EAA and glucose + EAA, on urinary nitrogen excretion and muscle protein degradation. We carried out the study in 6 restrained calves since ruminants offer the advantage that muscle protein degradation can be assessed by excretion of 3 methyl-histidine and multiple muscle biopsies can be taken from the same animal. On the final day of infusion blood samples were taken for hormone and metabolite measurement and muscle biopsies for expression of ubiquitin, the 14-kDa E2 ubiquitin conjugating enzyme, and proteasome sub-units C2 and C8. Results: On day 5 of glucose infusion, plasma glucose, insulin and IGF-1 concentrations were increased while urea nitrogen excretion and myofibrillar protein degradation was decreased. Co-infusion of glucose + EAA prevented the loss of urinary nitrogen observed with EAA infusions alone and enhanced the increase in plasma IGF-1 concentration but there was no synergistic effect of glucose + EAA on the decrease in myofibrillar protein degradation. Muscle mRNA expression of the ubiquitin conjugating enzyme, 14-kDa E2 and proteasome sub-unit C2 were significantly decreased, after glucose but not amino acid infusions, and there was no further response to the combined infusions of glucose + EAA. Conclusion: Prolonged glucose infusion decreases myofibrillar protein degradation, prevents the excretion of infused EAA, and acts additively with EAA to increase plasma IGF-1 and improve net nitrogen balance. There was no evidence of synergistic effects between glucose + EAA infusion on muscle protein degradation or expression of components of the ubiquitin-proteasome proteolytic pathway.

A preliminary investigation of the impact of catechol-O-methyltransferase genotype on the absorption and metabolism of green tea catechins

Purpose Green tea is thought to possess many beneficial effects on human health. However, the extent of green tea polyphenol biotransformation may affect its proposed therapeutic effects. Catechol-O-methyltransferase (COMT), the enzyme responsible for polyphenolic methylation, has a common polymorphism in the genetic code at position 158 reported to result in a 40% reduction in enzyme activity in in vitro studies. The current preliminary study was designed to investigate the impact of COMT genotype on green tea catechin absorption and metabolism in humans. Methods Twenty participants (10 of each homozygous COMT genotype) were recruited, and plasma concentration profiles were produced for epigallocatechin gallate (EGCG), epigallocatechin (EGC), epicatechin gallate (ECG), epicatechin (EC) and 4′-O-methyl EGCG after 1.1 g of Sunphenon decaffeinated green tea extract (836 mg green tea catechins), with a meal given after 60 min. Results For the entire group, EGCG, EGC, EC, ECG and 4′-O-methyl EGCG reached maximum concentrations of 1.09, 0.41, 0.33, 0.16 and 0.08 μM at 81.5, 98.5, 99.0, 85.5 and 96.5 min, respectively. Bimodal curves were observed for the non-gallated green tea catechins EGC and EC as opposed to single-peaked curves for the gallated green tea catechins EGCG and ECG. No significant parametric differences between COMT genotype groups were found. Conclusions In conclusion, the COMT Val(158/108)Met does not appear to have a dramatic influence on EGCG absorption and elimination. However, further pharmacokinetic research is needed to substantiate these findings.

Supranutritional selenium induces alterations in molecular targets related to energy metabolism in skeletal muscle and visceral adipose tissue of pigs

While selenium (Se) is an essential micronutrient for humans, epidemiological studies have raised concern that supranutritional Se intake may increase the risk to develop Type 2 diabetes mellitus (T2DM). We aimed to determine the impact of Se at a dose and source frequently ingested by humans on markers of insulin sensitivity and signalling. Male pigs were fed either a Se-adequate (0.17 mg Se/kg) or a Se-supranutritional (0.50 mg Se/kg; high-Se) diet. After 16 weeks of intervention, fasting plasma insulin and cholesterol levels were non-significantly increased in the high-Se pigs, whereas fasting glucose concentrations did not differ between the two groups. In skeletal muscle of high-Se pigs, glutathione peroxidase activity was increased, gene expression of forkhead box O1 transcription factor and peroxisomal proliferator-activated receptor- coactivator 1 were increased and gene expression of the glycolytic enzyme pyruvate kinase was decreased. In visceral adipose tissue of high-Se pigs, mRNA levels of sterol regulatory element-binding transcription factor 1 were increased, and the phosphorylation of Akt, AMP-activated kinase and mitogen-activated protein kinases was affected. In conclusion, dietary Se oversupply may affect expression and activity of proteins involved in energy metabolism in major insulin target tissues, though this is probably not sufficient to induce diabetes.

The inositol-3-phosphate synthase biosynthetic enzyme has distinct catalytic and metabolic roles

Inositol levels, maintained by the biosynthetic enzyme inositol-3-phosphate synthase (Ino1), are altered in a range of disorders including bipolar disorder and Alzheimer's disease. To date, most inositol studies have focused on the molecular and cellular effects of inositol depletion without considering Ino1 levels. Here we employ a simple eukaryote, Dictyostelium, to demonstrate distinct effects of loss of Ino1 and inositol depletion. We show that loss of Ino1 results in inositol auxotrophy that can only be partially rescued by exogenous inositol. Removal of inositol supplementation from the ino1- mutant results in a rapid 56% reduction in inositol levels, triggering the induction of autophagy, reduced cytokinesis and substrate adhesion. Inositol depletion also caused a dramatic generalised decrease in phosphoinositide levels that was rescued by inositol supplementation. However, loss of Ino1 triggered broad metabolic changes consistent with the induction of a catabolic state that was not rescued by inositol supplementation. These data suggest a metabolic role for Ino1 independent of inositol biosynthesis. To characterise this role, an Ino1 binding partner containing SEL1L1 domains (Q54IX5) was identified with homology to mammalian macromolecular complex adaptor proteins. Our findings therefore identify a new role for Ino1, independent of inositol biosynthesis, with broad effects on cell metabolism.

Activation of Leishmania (Leishmania) amazonensis arginase at low temperature by binuclear Mn(2+) center formation of the immobilized enzyme on a Ni(2+) resin

In Leishmania, arginase is responsible for the production of ornithine, a precursor of polyamines required for proliferation of the parasite. In this work, the activation kinetics of immobilized arginase enzyme from L. (L.) amazonensis were studied by varying the concentration of Mn(2+) applied to the nickel column at 23 degrees C. The intensity of the binding of the enzyme to the Ni(2+) resin was directly proportional to the concentration of Mn(2+). Conformational changes of the enzyme may occur when the enzyme interacts with immobilized Ni(2+), allowing the following to occur: (1) entrance of Mn(2+) and formation of the metal bridge; (2) stabilization and activation of the enzyme at 23 degrees C; and (3) an increase in the affinity of the enzyme to Ni(2+) after the Mn(2+) activation step. The conformational alterations can be summarized as follows: the interaction with the Ni(2+) simulates thermal heating in the artificial activation by opening a channel for Mn(2+) to enter. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Biochemical and biophysical properties of a highly active recombinant arginase from Leishmania (Leishmania) amazonensis and subcellular localization of native enzyme

Arginase (L-arginine amidinohydrolase, E.C. 3.5.3.1) is a metalloenzyme that catalyses the hydrolysis Of L-arginine to L-ornithine and urea. In Leishmania spp., the biological role of the enzyme may be involved in modulating NO production upon macrophage infection. Previously, we cloned and characterized the arginase gene from Leishmania (Leishmania) amazonensis. In the present work, we successfully expressed the recombinant enzyme in E. coli and performed biochemical and biophysical characterization of both the native and recombinant enzymes. We obtained K-M and V-max. values of 23.9(+/- 0.96) mM and 192.3 mu mol/min mg protein (+/- 14.3), respectively, for the native enzyme. For the recombinant counterpart, K-M was 21.5(+/- 0.90) mM and V-max was 144.9(+/- 8.9) mu mol/min mg. Antibody against the recombinant protein confirmed a glycosomal cellular localization of the enzyme in promastigotes. Data from light scattering and small angle X-ray scattering showed that a trimeric state is the active form of the protein. We determined empirically that a manganese wash at room temperature is the best condition to purify active enzyme. The interaction of the recombinant protein with the immobilized nickel also allowed us to confirm the structural disposition of histidine at positions 3 and 324. The determined structural parameters provide substantial data to facilitate the search for selective inhibitors of parasitic sources of arginase, which could subsequently point to a candidate for leishmaniasis therapy. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Starch metabolism in Leucoagaricus gongylophorus, the symbiotic fungus of leaf-cutting ants

Leucoagaricus gongylophorus, the symbiotic fungus of the leaf-cutting ants, degrades starch, this degradation being supposed to occur in the plant material which leafcutters forage to the nests, generating most of the glucose which the ants utilize for food. In the present investigation, we show that laboratory cultures of L. gongylophorus produce extracellular alpha-amylase and maltase which degrade starch to glucose, reinforcing that the ants can obtain glucose from starch through the symbiotic fungus. Glucose was found to repress a-amylase and, more severely, maltase activity, thus repressing starch degradation by L. gongylophorus, so that we hypothesize that: (1) glucose down-regulation of starch degradation also occurs in the Atta sexdens fungus garden; (2) glucose consumption from the fungus garden by A. sexdens stimutates degradation of starch from plant material by L. gongylophorus, which may represent a mechanism by which Leafcutters can control enzyme production by the symbiotic fungus. Since glucose is found in the fungus garden inside the nests, down-regulation of starch degradation by glucose is supposed to occur in the nest and play a part in the control of fungal enzyme production by leafcutters. (c) 2005 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Carbohydrate metabolism of Xylella fastidiosa: Detection of glycolytic and pentose phosphate pathway enzymes and cloning and expression of the enolase gene

The objective of this work was to assess the functionality of the glycolytic pathways in the bacterium Xylella fastidiosa. To this effect, the enzymes phosphoglucose isomerase, aldolase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and pyruvate kinase of the glycolytic pathway, and glucose 6-phosphate dehydrogenase of the Entner-Doudoroff pathway were studied, followed by cloning and expression studies of the enolase gene and determination of its activity. These studies showed that X. fastidiosa does not use the glycolytic pathway to metabolize carbohydrates, which explains the increased duplication time of this phytopatogen. Recombinant enolase was expressed as inclusion bodies and solubilized with urea (most efficient extractor), Triton X-100, and TCA. Enolase extracted from X. fastidiosa and from chicken muscle and liver is irreversibly inactivated by urea. The purification of enolase was partial and resulted in a low yield. No enzymatic activity was detected for either recombinant and native enolases, aldolase, and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, suggesting that X. fastidiosa uses the Entner-Doudoroff pathway to produce pyruvate. Evidence is presented supporting the idea that the regulation of genes and the presence of isoforms with regulation patterns might make it difficult to understand the metabolism of carbohydrates in X. fastidiosa.

cAMP signaling pathway controls glycogen metabolism in Neurospora crassa by regulating the glycogen synthase gene expression and phosphorylation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

DAHP synthase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: Cloning, expression, and purification of functional enzyme

Tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis, remains the leading cause of mortality due to a bacterial pathogen. According to the 2004 Global TB Control Report of the World Health Organization, there are 300,000 new cases per year of multi-drug resistant strains (MDR-TB), defined as resistant to isoniazid and rifampicin, and 79% of MDR-TB cases are now super strains, resistant to at least three of the four main drugs used to treat TB. Thus there is a need for the development of effective new agents to treat TB. The shikimate pathway is an attractive target for the development of antimycobacterial agents because it has been shown to be essential for the viability of M. tuberculosis, but absent from mammals. The M. tuberculosis aroG-encoded 3-deoxy-d-arabino-heptulosonate 7-phosphate synthase (mtDAHPS) catalyzes the first committed step in this pathway. Here we describe the PCR amplification, cloning, and sequencing of aroG structural gene from M. tuberculosis H37Rv. The expression of recombinant mtDAHPS protein in the soluble form was obtained in Escherichia coli Rosetta-gami (DE3) host cells without IPTG induction. An approximately threefold purification protocol yielded homogeneous enzyme with a specific activity value of 0.47 U mg-1 under the experimental conditions used. Gel filtration chromatography results demonstrate that recombinant mtDAHPS is a pentamer in solution. The availability of homogeneous mtDAHPS will allow structural and kinetics studies to be performed aiming at antitubercular agents development. © 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.