Sex hormone binding globulin and insulin resistance

Sex hormone binding globulin (SHBG) is a glycoprotein composed of two 373-amino-acid subunits. The SHBG gene and a promotor region have been identified. The SHBG receptor has yet to be cloned but is known to act through a G-protein-linked second-messenger system following plasma membrane binding. The principal function of SHBG has traditionally been considered to be that of a transport protein for sex steroids, regulating circulating concentrations of free (unbound) hormones and their transport to target tissues. Recent research suggests that SHBG has functions in addition to the binding and transport of sex steroids. Observational studies have associated a low SHBG concentration with an increased incidence of type 2 diabetes mellitus (DM) independent of sex hormone levels in men and women. Genetic studies using Mendelian randomization analysis linking three single nucleotide polymorphisms of the SHBG gene to risk of developing type 2 DM suggest SHBG may have a role in the pathogenesis of type 2 DM. The correlation between SHBG and insulin resistance that is evident in a number of cross-sectional studies is in keeping with the suggestion that the association between SHBG and incidence of type 2 DM is explained by insulin resistance. Several potential mechanisms may account for this association, including the identification of dietary factors that influence SHBG gene transcription. Further research to characterize the SHBG-receptor and the SHBG second messenger system is required. An interventional study examining the effects on insulin resistance of altering SHBG concentrations may help in determining whether this association is causal.

Protection of DNA against low-energy electrons by amino acids: A first-principles molecular dynamics study

Using first-principles molecular dynamics simulations, we have investigated the notion that amino acids can play a protective role when DNA is exposed to excess electrons produced by ionizing radiation. In this study we focus on the interaction of glycine with the DNA nucleobase thymine. We studied thymine-glycine dimers and a condensed phase model consisting of one thymine molecule solvated in amorphous glycine. Our results show that the amino acid acts as a protective agent for the nucleobase in two ways. If the excess electron is initially captured by the thymine, then a proton is transferred in a barrier-less way from a neighboring hydrogen-bonded glycine. This stabilizes the excess electron by reducing the net partial charge on the thymine. In the second mechanism the excess electron is captured by a glycine, which acts as a electron scavenger that prevents electron localization in DNA. Both these mechanisms introduce obstacles to further reactions of the excess electron within a DNA strand, e.g. by raising the free energy barrier associated with strand breaks.

Radioimmunoassay Quantitation of Neuropeptide Y (NPY) in Human Dental Pulps

Neuropeptide Y (NPY) is a 36 amino acid peptide that is abundantly expressed in both the central and peripheral nervous systems. NPY has previously been shown to be present in human dental pulp although its exact role in pulpal health and disease remains to be fully elucidated. In addition to serving a neurotransmitter role, NPY may also have a role in modulating the pulpal response to injury and inflammation. Indeed NPY is known to be a potent vasoconstrictor in a range of tissues. Recent work by our research group has demonstrated changes in sensory neuropeptide levels measured by radioimmunoassay (RIA) in healthy and carious teeth. In addition to elevated levels of sensory neuropeptides, it is also possible that the carious process is associated with increased levels of autonomic neuropeptides such as NPY. Objectives: The aim of the present study was to undertake a comprehensive quantitative RIA analysis of NPY expression in human dental pulps from carious and non-carious teeth. Methods: A total of 22 non-carious and 46 carious teeth were included in the study. NPY was measured in all samples using RIA. Briefly, the RIA system consisted of a total volume of 400 ul, comprising 100 ul anti-NPY antibody (Peninsula Laboratories), 200 ul human NPY synthetic standard or pulp sample, and 100 ul of 125I-labelled NPY as radioactive tracer. Results: The mean concentration of NPY in non-carious teeth was found to be 4.28 ng/g (4.34 SD) compared to 9.57 ng/g (9.39 SD) in carious teeth. Using ANOVA the difference in NPY levels between the non-carious group and the carious group was found to be statistically significant (p= 0.003). Conclusion: The significant increase in the levels of NPY in carious dental pulps reported in this study provides evidence for a role for NPY in the pulpal response to caries.

Medicinal chemistry approaches to malaria drug discovery

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Phenylketonuria: Protein content and amino acids profile of dishes for phenylketonuric patients. The relevance of phenylalanine

Phenylketonuria is an inborn error of metabolism, involving, in most cases, a deficient activity of phenylalanine hydroxylase. Neonatal diagnosis and a prompt special diet (low phenylalanine and natural-protein restricted diets) are essential to the treatment. The lack of data concerning phenylalanine contents of processed foodstuffs is an additional limitation for an already very restrictive diet. Our goals were to quantify protein (Kjeldahl method) and amino acid (18) content (HPLC/fluorescence) in 16 dishes specifically conceived for phenylketonuric patients, and compare the most relevant results with those of several international food composition databases. As might be expected, all the meals contained low protein levels (0.67–3.15 g/100 g) with the highest ones occurring in boiled rice and potatoes. These foods also contained the highest amounts of phenylalanine (158.51 and 62.65 mg/100 g, respectively). In contrast to the other amino acids, it was possible to predict phenylalanine content based on protein alone. Slight deviations were observed when comparing results with the different food composition databases.

Taurine increases hippocampal neurogenesis in aging mice.

Aging is associated with increased inflammation and reduced hippocampal neurogenesis, which may in turn contribute to cognitive impairment. Taurine is a free amino acid found in numerous diets, with anti-inflammatory properties. Although abundant in the young brain, the decrease in taurine concentration with age may underlie reduced neurogenesis. Here, we assessed the effect of taurine on hippocampal neurogenesis in middle-aged mice. We found that taurine increased cell proliferation in the dentate gyrus through the activation of quiescent stem cells, resulting in increased number of stem cells and intermediate neural progenitors. Taurine had a direct effect on stem/progenitor cells proliferation, as observed in vitro, and also reduced activated microglia. Furthermore, taurine increased the survival of newborn neurons, resulting in a net increase in adult neurogenesis. Together, these results show that taurine increases several steps of adult neurogenesis and support a beneficial role of taurine on hippocampal neurogenesis in the context of brain aging.

Does Gamma-aminobutyric acid function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity? /

Gamma-aminobutyric acid (GAB A) is a ubiquitous non-protein amino acid synthesized via the decarboxylation of L-glutamate in a reaction catalyzed by the cytosolic enzyme L-glutamate decarboxylase (GAD). In animals it functions as an inhibitory neurotransmitter. In plants it accumulates rapidly in response to various stresses, but its function remains unclear. The hypothesis that GABA accumulation in leaf tissue may function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity was investigated. GABA accumulation in response to mechanical stimulation, mechanical damage and insect activity was demonstrated. In wt tobacco (Nicotiana tabacum cv Samsun), mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate within 2 min from mean levels of 14 to 37 and 1~9 nmol g-l fresh weight (FW), respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGAD27c overexpressing Petunia GAD, the same treatments caused GABA to accumulate from 12 to 59 and 279 nmol g-l FW, respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGADilC 11 overexpressing Petunia GAD lacking an autoinhibitory domain, mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate from 180 to 309 and 630 nmol g-l FW, respectively. Ambulatory activity by tobacco budworm (TBW) larvae (Heliothis virescens) on leaves of CaMVGAD27c tobacco caused GABA to accumulate from 28 to 80 nmol g-l FW within 5 min. Ambulatory and leaf-rolling activity by oblique banded leaf roller (OBLR) larvae (Choristoneura rosaceana cv Harris) on wt soybean leaves (Glycine max cv Harovinton) caused GABA to accumulate from 60 to 1123 nmol g-l FW within 20 min. Increased GABA levels in leaf tissue were shown to affect phytophagous preference in TBW larvae presented with wt and transgenic tobacco leaves. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD27c plants, TBW larvae consumed more wt leaf tissue (640 ± 501 S.D. mm2 ) than transgenic leaf tissue (278 ± 338 S.D. mm2 ) nine times out of ten. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD~C11 plants, TBW larvae consumed more transgenic leaf tissue (1219 ± 1009 S.D. mm2 ) than wt leaf tissue (28 ± 31 S.D. mm2 ) ten times out of ten. These results indicate that: (1) ambulatory activity of insect larvae on leaves results in increased GABA levels, (2) transgenic tobacco leaves with increased capacity for GABA synthesis deter feeding, and (3) transgenic tobacco leaves with constitutively higher GABA levels stimulate feeding.

Timing of di-ammonium phosphate addition to fermenting chardonnay must : effect on nitrogen utilization, ethyl-carbamate formation, and CAR1 expression by yeast /

The maximum amount of ethyl carbamate (EC), a known animal carcinogen produced by the reaction of urea and ethanol, allowed in alcoholic beverages is regulated by legislation in many countries. Wine yeast produce urea by the metabolism of arginine, the predominant assimilable amino acid in must. This action is due to arginase (encoded by CARl). Regulation of CARl, and other genes in this pathway, is often attributed to a well-documented phenomenon known as nitrogen catabolite repression. The effect of the timing of di-ammonium phosphate (DAP) additions on the nitrogen utilization, regulation of CARl, and EC production was investigated. A correlation was found between the timing of DAP addition and the utilization of nitrogen. When DAP was added earlier in the fermentations, less amino nitrogen and more ammonia nitrogen was sequestered from the media by the cells. It was also seen that early DAP addition led to more total nitrogen being used, with a maximal difference of ~25% between fermentations where no DAP was added versus addition at the start of the fermentation. The effect of the timing ofDAP addition on the expression of CARJ during fermentation was analyzed via northern transfer and the relative levels of CARl expression were determined. The trends in expression can be correlated to the nitrogen data and be used to partially explain differences in EC formation between the treatments. EC was quantified at the end of fermentation by GC/MS. In Montrachet yeast, a significant positive correlation was found between the timing of DAP addition, from early to late, and the final EC concentration m the wine (r = 0.9226). In one of the fermentations, EC levels of 30.5 ppb was foimd when DAP was added at the onset of fermentation. A twofold increase (69.5 ppb) was observed when DAP was added after 75% of the sugars were metabolized. When no DAP was added, the ethyl carbamate levels are comparable at a value of 38 ppb. In contrast, the timing of DAP additions do not affect the level EC produced by the yeast ECU 18 in this manner. The study of additional yeast strains shows that the effect of DAP addition to fermentations is strain dependent. Our results reveal the potential importance of the timing of DAP addition to grape must with respect to EC production, and the regulatory effect of DAP additions on the expression of genes in the pathway for arginine metabolism in certain wine yeast strains.

L-Glutamate uptake, decarboxylation to -aminobutyric acid and GABA efflux in isolated Asparagus sprengeri mesophyll cells

Addition of L-glutamate caused alkalinization of the medium surrounding Asparagus spreng.ri mesophyll cells. This suggests a H+/L-glutmate symport uptake system for L-glutamate. However stoichiometries of H+/L-glutamate symport into Asparagus cells were much higher than those in other plant systems. Medium alkalinization may also result from a metabolic decarboxylation process. Since L-glutmate is decarboxylated to r-amino butyric acid (SABA) in this system, the origin of medium alkalinization was reconsidered. Suspensions of mechanically isolated and photosyntheically competent Asparagus sprengeri mesophyll cells were used to investigate the H+/L-glutamate symport system, SABA production, GABA transport, and the origin of L-glutamate dependent medium alkalinization. The major results obtained are summarized as follows: 1. L-Glutamate and GABA were the second or third most abundant amino acids in these cells. Cellular concentrations of L-glutamate were 1.09 mM and 1.31 mM in the light and dark, respectively. Those of SABA were 1.23 mM and 1.17 mM in the light and dark, respectively. 2. Asparagine was the most abundant amino acid in xylem sap and comprised 54 to 68 1. of the amino acid pool on a molar basis. GABA was the second most abundant amino acid and represented 10 to 11 1. of the amino acid pool. L-Slutamate was a minor component. 3. A 10 minute incubation with 1 mM L-glutamate increased the production of GABA in the medium by 2,743 7. and 2,241 7. in the light and dark, respectively. 4. L-Glutamate entered the cells prior to decarboxylation. 5. There was no evidence for a H+/GABA symport process • 6. GABA was produced by loss of carbon-1 of L-glutamate. 7. The specific activity of newly synthesized labeled GABA suggests that it is not equilibrated with a storage pool of GABA. 8. The mechanism of GABA efflux appears to be a passive process. 9. The evidence indicates that the origin of L-glutamate dependent medium alkalinization is a H+/L-glutamate symport not an extracellular decarboxylation. The possible role of GABA production in regulating cytoplasmic pH and L-glutamate levels during rapid electrogenic H+/L-glutamate symport is discussed.

Influence of dietary nutrients on life history-related traits of black flies and mosquitoes

The sugar-feeding ecology of dipteran vectors has recently been targeted because it presents opportunities to inoculate common food sources for these dipterans with entomopathogenic bacteria as a means of controlling the population of host-seeking adult dipteran vectors. Whereas this approach to vector control holds some promise, differences in the nutrient composition and concentration in sugary food sources can influence the food selection pattern of dipteran vectors and potentially confound the outcomes of field trials on the efficacy of entomopathogenic bacteria as vector control agents. Further, nutrient components of bacteria-inoculated artificial diets may present unintended effects of extending the survivorship or fecundity of the target population and potentially render the whole approach counterproductive. The present study investigated the diet-specific factors that influence the foraging decisions of female Simulium venustum/verecundum (Diptera: Simuliidae) and female Anopheles stephensi (Diptera: Culicidae) on artificial nectar and honeydew. Paired choice experiments showed that the black flies forage more frequently from high calorie diets, which contained melezitose, or those diets that contained amino acids, compared to low calorie melezitose-free diets or amino acid-free diets. The mosquitoes however displayed a more random diet selection pattern. The effects of sugary diets on certain life-history traits considered to be important to the ecological fitness of the black flies and mosquitoes were also investigated. Sugary diets had no significant effect on the survivorship and fecundity of the black flies, but they influenced the resistance of Leucocytozoon-infected flies to the parasite. Amino acid-containing diets appeared to extend the survival of mosquitoes, and also allowed them to take more vertebrate blood when they blood fed.

Impact d’une mutation ponctuelle stratégique de la protéine HOXB4 sur son pouvoir de régulation, de prolifération et de différenciation des CSH et des progéniteurs murins

L’expansion des cellules souches hématopoïétiques ex vivo représente une option des plus intéressante afin d’améliorer les greffes de moelle osseuse. Le facteur de transcription HOXB4 semble être le candidat ayant le plus de potentiel jusqu’à présent. Cependant, la très courte demi-vie de la protéine représente un obstacle majeur dans l’élaboration de protocoles cliniques. Par contre, la substitution d’un acide aminé (3 mutations individuelles) dans la partie N-terminale de la protéine augmente de près de 3 fois la stabilité intracellulaire de HOXB4. Nous avons comparé l’activité biologique de ces mutants à celle de HOXB4 natif (« wt ») dans des essais in vitro et in vivo. Nous avons démontré que la surexpression de HOXB4 muté par infection des cellules souches hématopoïétiques n’affectait pas leur pouvoir de reconstitution hématopoïétique à long terme dans des souris transplantées. Par ailleurs, nous avons noté que dans les essais de reconstitution hématopoïétique en compétition et en non compétition, les cellules surexprimant les protéines mutées ont une expansion supérieure in vitro et reconstituent le sang et la rate avec une répartition de cellules lymphoïdes et myéloïdes plus près de souris non-transplantées comparativement aux cellules exprimant HOXB4 « wt ». De plus, les cellules surexprimant la protéine HOXB4 mutée apparaissent beaucoup plus rapidement et en plus grande proportion dans le sang comparativement aux cellules surexprimant la forme native. Une des protéines HOXB4 mutées (1426) ne permet pas l’expansion des progéniteurs myéloïdes immatures (CMP) contrairement à la protéine « wt ». Et finalement, par les études de modulation intracellulaire protéique, nous avons démontré que les comportements des protéines HOXB4 « wt » et mutées envers les cellules souches hématopoïétiques et progéniteurs n’étaient pas complètement dus à un effet de concentration protéique.

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.

The Na+/H+ exchanger Nhx1 of Saccharomyces cerevisiae is essential to limit drug toxicity

Nhx1 est un antiport vacuolaire de Na+/H+ chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nhx1 joue un rôle important dans le maintien de l’homéostasie ionique du cytoplasme de la cellule. En effet, la mutation du gène NHX1 chez la levure nhx1Δ entraîne une perte de l’homéostasie cellulaire quand les cellules sont cultivées dans un milieu de faible osmolarité. Ce travail rapporte pour la première fois, et contrairement à la cellule parentale, que la mutation du gène NHX1 a pour effet une sensibilité du mutant nhx1Δ à une variété des drogues et des agents cationiques et anioniques lorsque les cellules sont cultivées dans un milieu riche. En outre, dans ces conditions de culture, aucune sensibilité n’a été observée chez le mutant nhx1Δ quand les cellules sont traitées avec différentes concentrations de sel. Nous avons aussi démontré que la sensibilité du mutant nhx1Δ aux différents agents ainsi que la sécrétion de l’enzyme carboxypeptidase Y observé chez ce mutant n’ont pas été restauré lorsque les cellules sont cultivées dans des milieux avec différents pH ou avec différentes concentrations de sel. Enfin, une analyse génétique a révélé que le mutant nhx1Δ montre un phénotype distinct d’autres mutants qui ont un défaut dans le trafic entre le compartiment pré-vacuolaire et l’appareil de Golgi quand ces cellules sont traitées avec différents agents. Cette analyse prouve que la sensibilité de nhx1Δ aux différents agents n’est pas liée au trafic entre le compartiment pré-vacuolaire et l’appareil de Golgi.

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Carbon metabolism in transgenic roots with altered levels of hexokinase and triosephosphate isomerase and growing under different nitrogen status

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote.