NMR structural analysis of cardiac troponin C: Monitoring conformational changes induced by binding calcium, troponin I, and calcium -sensitizing drugs

Contraction of cardiac muscle is regulated through the Ca2+ dependent protein-protein interactions of the troponin complex (Tn). The critical role cardiac troponin C (cTnC) plays as the Ca2+ receptor in this complex makes it an attractive target for positive inotropic compounds. In this study, the ten Met methyl groups in cTnC, [98% 13C ϵ]-Met cTnC, are used as structural markers to monitor conformational changes in cTnC and identify sites of interaction between cTnC and cardiac troponin I (cTnI) responsible for the Ca2+ dependent interactions. In addition the structural consequences that a number of Ca2+-sensitizing compounds have on free cTnC and the cTnC·cTnI complex were characterized. Using heteronuclear NMR experiments and monitoring chemical shift changes in the ten Met methyl 1H-13C correlations in 3Ca2+ cTnC when bound to cTnI revealed an anti-parallel arrangement for the two proteins such that the N-domain of cTnI interacts with the C-domain of cTnC. The large chemical shifts in Mets-81, -120, and -157 identified points of contact between the proteins that include the C-domain hydrophobic surface in cTnC and the A, B, and D helical interface located in the regulatory N-domain of cTnC. TnI association [cTnI(33–80), cTnI(86–211), or cTnI(33–211)] was found also to dramatically reduce flexibility in the D/E central linker of cTnC as monitored by line broadening in the Met 1H- 13C correlations of cTnC induced by a nitroxide spin label, MTSSL, covalently attached to cTnC at Cys 84. TnI association resulted in an extended cTnC that is unlike the compact structure observed for free cTnC. The Met 1H-13C correlations also allowed the binding characteristics of bepridil, TFP, levosimendan, and EMD 57033 to the apo, 2Ca2+, and Ca2+ saturated forms of cTnC to be determined. In addition, the location of drug binding on the 3Ca2+cTnC·cTnI complex was identified for bepridil and TFP. Use of a novel spin-labeled phenothiazine, and detection of isotope filtered NOEs, allowed identification of drug binding sites in the shallow hydrophobic cup in the C-terminal domain, and on two hydrophobic surfaces on N-regulatory domain in free 3Ca2+ cTnC. In contrast, only one N-domain drug binding site exists in 3Ca2+ cTnC·cTnI complex. The methyl groups of Met 45, 60 and 80, which are grouped in a hydrophobic patch near site II in cTnC, showed the greatest change upon titration with bepridil or TFP, suggesting that this is a critical site of drug binding in both free cTnC and when associated with cTnI. The strongest NOEs were seen for Met-60 and -80, which are located on helices C and D, respectively, of Ca2+ binding site II. These results support the conclusion that the small hydrophobic patch which includes Met-45, -60, and -80 constitutes a drug binding site, and that binding drugs to this site will lead to an increase in Ca2+ binding affinity of site II while preserving maximal cTnC activity. Thus, the subregion in cTnC makes a likely target against which to design new and selective Ca2+-sensitizing compounds. ^

Interactions and structural analysis of the zinc -binding motif in decorin, a small leucine rich proteoglycan in extracellular matrix

Decorin, a dermatan/chondroitin sulfate proteoglycan, is ubiquitously distributed in the extracellular matrix (ECM) of mammals. Decorin belongs to the small leucine rich proteoglycan (SLRP) family, a proteoglycan family characterized by a core protein dominated by Leucine Rich Repeat motifs. The decorin core protein appears to mediate the binding of decorin to ECM molecules, such as collagens and fibronectin. It is believed that the interactions of decorin with these ECM molecules contribute to the regulation of ECM assembly, cell adhesions, and cell proliferation. These basic biological processes play critical roles during embryonic development and wound healing and are altered in pathological conditions such as fibrosis and tumorgenesis. ^ In this dissertation, we discover that decorin core protein can bind to Zn2+ ions with high affinity. Zinc is an essential trace element in mammals. Zn2+ ions play a catalytic role in the activation of many enzymes and a structural role in the stabilization of protein conformation. By examining purified recombinant decorin and its core protein fragments for Zn2+ binding activity using Zn2+-chelating column chromatography and Zn2+-equilibrium dialysis approaches, we have located the Zn2+ binding domain to the N-terminal sequence of the decorin core protein. The decorin N-terminal domain appears to contain two Zn2+ binding sites with similar high binding affinity. The sequence of the decorin N-terminal domain does not resemble any other reported zinc-binding motifs and, therefore, represents a novel Zn 2+ binding motif. By investigating the influence of Zn2+ ions on decorin binding interactions, we found a novel Zn2+ dependent interaction with fibrinogen, the major plasma protein in blood clots. Furthermore, a recombinant peptide (MD4) consisting of a 41 amino acid sequence of mouse decorin N-terminal domain can prolong thrombin induced fibrinogen/fibrin clot formation. This suggests that in the presence of Zn2+ the decorin N-terminal domain has an anticoagulation activity. The changed Zn2+-binding activities of the truncated MD4 peptides and site-directed mutagenesis generated mutant peptides revealed that the functional MD4 peptide might contain both a structural zinc-binding site in the cysteine cluster region and a catalytic zinc site that could be created by the flanking sequences of the cysteine cluster region. A model of a loop-like structure for MD4 peptide is proposed. ^

Intrinsic oxidative stress in cancer cells: A biochemical basis for therapeutic selectivity using ROS -generating agents

A major goal of chemotherapy is to selectively kill cancer cells while minimizing toxicity to normal cells. Identifying biological differences between cancer and normal cells is essential in designing new strategies to improve therapeutic selectivity. Superoxide dismutases (SOD) are crucial antioxidant enzymes required for the elimination of superoxide (O2·− ), a free radical produced during normal cellular metabolism. Previous studies in our laboratory demonstrated that 2-methoxyestradiol (2-ME), an estradiol derivative, inhibits the function of SOD and selectively kills human leukemia cells without exhibiting significant cytotoxicity in normal lymphocytes. The present work was initiated to examine the biochemical basis for the selective anticancer activity of 2-ME. Investigations using two-parameter flow cytometric analyses and ROS scavengers established that O2·− is a primary and essential mediator of 2-ME-induced apoptosis in cancer cells. In addition, experiments using SOD overexpression vectors and SOD knockout cells found that SOD is a critical target of 2-ME. Importantly, the administration of 2-ME resulted in the selective accumulation of O 2·− and apoptosis in leukemia and ovarian cancer cells. The preferential activity of 2-ME was found to be due to increased intrinsic oxidative stress in these cancer cells versus their normal counterparts. This intrinsic oxidative stress was associated with the upregulation of the antioxidant enzymes SOD and catalase as a mechanism to cope with the increase in ROS. Furthermore, oxygen consumption experiments revealed that normal lymphocytes decrease their respiration rate in response to 2-ME-induced oxidative stress, while human leukemia cells seem to lack this regulatory mechanism. This leads to an uncontrolled production of O2·−, severe accumulation of ROS, and ultimately ROS-mediated apoptosis in leukemia cells treated with 2-ME. The biochemical differences between cancer and normal cells identified here provide a basis for the development of drug combination strategies using 2-ME with other ROS-generating agents to enhance anticancer activity. The effectiveness of such a combination strategy in killing cancer cells was demonstrated by the use of 2-ME with agents/modalities such as ionizing radiation and doxorubicin. Collectively, the data presented here strongly suggests that 2-ME may have important clinical implications for the selective killing of cancer cells. ^

Profesión y Cultura académica de ingenieros en la Universidad Pública Argentina

El tema referido a la profesión académica y a las culturas académicas resulta de particular interés puesto que se considera que los profesores universitarios poseen ciertos rasgos de una cultura académica propia, la cual sería el origen y el soporte que legitima sus pensamientos y por tanto su acción dentro de las Universidades. De la necesidad de desentrañar esta cultura es que surge la idea de estudiar si existe un conjunto de creencias, valores y normas que influirían en cómo piensan y actúan los profesores-ingenieros universitarios. El presente trabajo se propone aportar un acercamiento al estudio de los grupos profesionales de los ingenieros, tratando de conocer más acerca de su identidad, trayectoria y cultura. Se propone una lectura longitudinal en el análisis, reconstruyendo trayectorias y abarcando distintos aspectos de la vida, no solo los laborales, analizando al ingeniero que ocupa un determinado lugar en la estructura social la cual está en constante evolución. La pregunta central que guía esta investigación es de carácter cualitativo y comparativo y se enuncia de la siguiente manera: ¿cómo se configuran la profesión académica y la cultura académica de los ingenieros académicos que se desempeñan en la Carrera de Ingeniería Electrónica de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales, Ingeniería en Alimentos e Ingeniería Química pertenecientes ambas a la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de San Luis? Para describir y caracterizar la profesión y culturas académicas de los ingenieros en la UNSL, se propuso el trabajo de campo con entrevistas en profundidad a ingenieros que se desempeñan como docentes e investigadores en la Universidad Nacional de San Luis. El estudio es cualitativo.Tras el recorrido de investigación realizado, el argumento central de esta Tesis que surge de la interpretación de los datos empíricos, queda definido de la siguiente manera: La profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados en la UNSL se conforma a partir de la compleja vinculación entre estos tres elementos: trayectoria individual, comunidad disciplinar o grupo disciplinar de referencia y, las características propias de la UNSL como institución. Esta profesión académica se desarrolla en el marco de al menos dos tipos de regulaciones: unas que son externas que provienen de las políticas educativas nacionales (como por ejemplo: las leyes, el sistema de incentivos, la categorización, etc.) y otras que son internas y que operan como exigencias normativas al interior de la disciplina, de la institución y de las propias actividades del cargo. En síntesis, la heterogeneidad de la profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados está definida por: el contexto ?la UNSL- y sus propiedades en tanto contexto de intercambio; las características individuales alrededor de la disciplina y, los intereses y motivos individuales y colectivos. Todo ello da cuenta de las relaciones sociales en la vida académica explicando la heterogeneidad, la diversidad y la dinámica que se genera. La historia de la UNSL, las características de las Facultades, la historia y evolución de las tres carreras -los campos de conocimiento, los distintos recorridos y configuraciones históricas de los mismos- forman parte de ese contexto de intercambio y se reactualizan permanentemente. La particular combinación de las distintas actividades académicas reviste carácter único e intransferible (por ejemplo: la distribución de tareas, los criterios para seleccionar docentes en los concursos, la vinculación entre la industria y la sociedad, etc.). Todo lo expresado a juicio y entender propio da cuenta de un modo especial y particular de entender, vivir y desarrollar la profesión académica de estos ingenieros en la UNSL.

Profesión y Cultura académica de ingenieros en la Universidad Pública Argentina

El tema referido a la profesión académica y a las culturas académicas resulta de particular interés puesto que se considera que los profesores universitarios poseen ciertos rasgos de una cultura académica propia, la cual sería el origen y el soporte que legitima sus pensamientos y por tanto su acción dentro de las Universidades. De la necesidad de desentrañar esta cultura es que surge la idea de estudiar si existe un conjunto de creencias, valores y normas que influirían en cómo piensan y actúan los profesores-ingenieros universitarios. El presente trabajo se propone aportar un acercamiento al estudio de los grupos profesionales de los ingenieros, tratando de conocer más acerca de su identidad, trayectoria y cultura. Se propone una lectura longitudinal en el análisis, reconstruyendo trayectorias y abarcando distintos aspectos de la vida, no solo los laborales, analizando al ingeniero que ocupa un determinado lugar en la estructura social la cual está en constante evolución. La pregunta central que guía esta investigación es de carácter cualitativo y comparativo y se enuncia de la siguiente manera: ¿cómo se configuran la profesión académica y la cultura académica de los ingenieros académicos que se desempeñan en la Carrera de Ingeniería Electrónica de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales, Ingeniería en Alimentos e Ingeniería Química pertenecientes ambas a la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de San Luis? Para describir y caracterizar la profesión y culturas académicas de los ingenieros en la UNSL, se propuso el trabajo de campo con entrevistas en profundidad a ingenieros que se desempeñan como docentes e investigadores en la Universidad Nacional de San Luis. El estudio es cualitativo.Tras el recorrido de investigación realizado, el argumento central de esta Tesis que surge de la interpretación de los datos empíricos, queda definido de la siguiente manera: La profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados en la UNSL se conforma a partir de la compleja vinculación entre estos tres elementos: trayectoria individual, comunidad disciplinar o grupo disciplinar de referencia y, las características propias de la UNSL como institución. Esta profesión académica se desarrolla en el marco de al menos dos tipos de regulaciones: unas que son externas que provienen de las políticas educativas nacionales (como por ejemplo: las leyes, el sistema de incentivos, la categorización, etc.) y otras que son internas y que operan como exigencias normativas al interior de la disciplina, de la institución y de las propias actividades del cargo. En síntesis, la heterogeneidad de la profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados está definida por: el contexto ?la UNSL- y sus propiedades en tanto contexto de intercambio; las características individuales alrededor de la disciplina y, los intereses y motivos individuales y colectivos. Todo ello da cuenta de las relaciones sociales en la vida académica explicando la heterogeneidad, la diversidad y la dinámica que se genera. La historia de la UNSL, las características de las Facultades, la historia y evolución de las tres carreras -los campos de conocimiento, los distintos recorridos y configuraciones históricas de los mismos- forman parte de ese contexto de intercambio y se reactualizan permanentemente. La particular combinación de las distintas actividades académicas reviste carácter único e intransferible (por ejemplo: la distribución de tareas, los criterios para seleccionar docentes en los concursos, la vinculación entre la industria y la sociedad, etc.). Todo lo expresado a juicio y entender propio da cuenta de un modo especial y particular de entender, vivir y desarrollar la profesión académica de estos ingenieros en la UNSL.

Profesión y Cultura académica de ingenieros en la Universidad Pública Argentina

El tema referido a la profesión académica y a las culturas académicas resulta de particular interés puesto que se considera que los profesores universitarios poseen ciertos rasgos de una cultura académica propia, la cual sería el origen y el soporte que legitima sus pensamientos y por tanto su acción dentro de las Universidades. De la necesidad de desentrañar esta cultura es que surge la idea de estudiar si existe un conjunto de creencias, valores y normas que influirían en cómo piensan y actúan los profesores-ingenieros universitarios. El presente trabajo se propone aportar un acercamiento al estudio de los grupos profesionales de los ingenieros, tratando de conocer más acerca de su identidad, trayectoria y cultura. Se propone una lectura longitudinal en el análisis, reconstruyendo trayectorias y abarcando distintos aspectos de la vida, no solo los laborales, analizando al ingeniero que ocupa un determinado lugar en la estructura social la cual está en constante evolución. La pregunta central que guía esta investigación es de carácter cualitativo y comparativo y se enuncia de la siguiente manera: ¿cómo se configuran la profesión académica y la cultura académica de los ingenieros académicos que se desempeñan en la Carrera de Ingeniería Electrónica de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales, Ingeniería en Alimentos e Ingeniería Química pertenecientes ambas a la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de San Luis? Para describir y caracterizar la profesión y culturas académicas de los ingenieros en la UNSL, se propuso el trabajo de campo con entrevistas en profundidad a ingenieros que se desempeñan como docentes e investigadores en la Universidad Nacional de San Luis. El estudio es cualitativo.Tras el recorrido de investigación realizado, el argumento central de esta Tesis que surge de la interpretación de los datos empíricos, queda definido de la siguiente manera: La profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados en la UNSL se conforma a partir de la compleja vinculación entre estos tres elementos: trayectoria individual, comunidad disciplinar o grupo disciplinar de referencia y, las características propias de la UNSL como institución. Esta profesión académica se desarrolla en el marco de al menos dos tipos de regulaciones: unas que son externas que provienen de las políticas educativas nacionales (como por ejemplo: las leyes, el sistema de incentivos, la categorización, etc.) y otras que son internas y que operan como exigencias normativas al interior de la disciplina, de la institución y de las propias actividades del cargo. En síntesis, la heterogeneidad de la profesión y cultura académica de los ingenieros entrevistados está definida por: el contexto ?la UNSL- y sus propiedades en tanto contexto de intercambio; las características individuales alrededor de la disciplina y, los intereses y motivos individuales y colectivos. Todo ello da cuenta de las relaciones sociales en la vida académica explicando la heterogeneidad, la diversidad y la dinámica que se genera. La historia de la UNSL, las características de las Facultades, la historia y evolución de las tres carreras -los campos de conocimiento, los distintos recorridos y configuraciones históricas de los mismos- forman parte de ese contexto de intercambio y se reactualizan permanentemente. La particular combinación de las distintas actividades académicas reviste carácter único e intransferible (por ejemplo: la distribución de tareas, los criterios para seleccionar docentes en los concursos, la vinculación entre la industria y la sociedad, etc.). Todo lo expresado a juicio y entender propio da cuenta de un modo especial y particular de entender, vivir y desarrollar la profesión académica de estos ingenieros en la UNSL.

Differential in vitro and in vivo effect of barley cysteine and serine protease inhibitors on phytopathogenic microorganisms

Protease inhibitors from plants have been involved in defence mechanisms against pests and pathogens. Phytocystatins and trypsin/α-amylase inhibitors are two of the best characterized protease inhibitor families in plants. In barley, thirteen cystatins (HvCPI-1 to 13) and the BTI-CMe trypsin inhibitor have been previously studied. Their capacity to inhibit pest digestive proteases, and the negative in vivo effect caused by plants expressing these inhibitors on pests support the defence function of these proteins. Barley cystatins are also able to inhibit in vitro fungal growth. However, the antifungal effect of these inhibitors in vivo had not been previously tested. Moreover, their in vitro and in vivo effect on plant pathogenous bacteria is still unknown. In order to obtain new insights on this feature, in vitro assays were made against different bacterial and fungal pathogens of plants using the trypsin inhibitor BTI-CMe and the thirteen barley cystatins. Most barley cystatins and the BTI-CMe inhibitor were able to inhibit mycelial growth but no bacterial growth. Transgenic Arabidopsis plants independently expressing the BTI-CMe inhibitor and the cystatin HvCPI-6 were tested against the same bacterial and fungal pathogens. Neither the HvCPI-6 expressing transgenic plants nor the BTI-CMe ones were more resistant to plant pathogen fungi and bacteria than control Arabidopsis plants. The differences observed between the in vitro and in planta assays against phytopathogenic fungi are discussed

Effects of the ruminal comminution rate and microbial contamination of particles on accuracy of in situ estimates of ruminal degradability and intestinal digestibility of feedstuffs.

Effects of considering the comminution rate -kc- and the correction of microbial contamination -using 15N techniques- of particles in the rumen on estimates of ruminally undegraded fractions and their intestinal digestibility were examined generating composite samples -from rumen-incubated residues- representative of the undegraded feed rumen outflow. The study used sunflower meal -SFM- and Italian ryegrass hay -RGH- and three rumen and duodenum cannulated wethers fed with a 40:60 RGH to concentrate diet -75 g DM/kgBW0.75-. Transit studies up to the duodenum with Yb-SFM and Eu-RGH marked samples showed higher kc values -/h- in SFM than in RGH -0.577 vs. 0.0892, p = 0.034-, whereas similar values occurred for the rumen passage rate -kp-. Estimates of ruminally undegraded and intestinal digestibility of all tested fractions decreased when kc was considered and also applying microbial correction. Thus, microbial uncorrected kp-based proportions of intestinal digested undegraded crude protein overestimated those corrected and kc-kp-based by 39% in SFM -0.146 vs. 0.105- and 761% in RGH -0.373 vs. 0.0433-. Results show that both kc and microbial contamination correction should be considered to obtain accurate in situ estimates in grasses, whereas in protein concentrates not considering kc is an important source of error.

Compatibilidad de Eretmocerus mundus Mercet (Hymenoptera: Aphelinidae) y Amblyseius swirskii Athias-Henriot (Acari: Phytoseiidae), importantes enemigos naturales de la mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae) en cultivos hortícolas, con nuevas barreras físicas selectivas y modernos plaguicidas

Los programas de Gestión Integrada de Plagas (GIP) promueven el uso de estrategias de control que sean respetuosas con el medio ambiente, sin embargo el uso de insecticidas en los cultivos hortícolas sigue siendo necesario para el control de determinadas plagas, como es el caso de la mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius). Por ello, el objetivo de esta tesis es el estudio de la integración de las tres estrategias de control más empleadas hoy en día para el control de plagas: el control biológico, el físico y el químico. Una primera parte de este trabajo ha consistido en el estudio de los efectos letales y subletales de once insecticidas, aplicados a la dosis máxima de campo, sobre los enemigos naturales Eretmocerus mundus Mercet y Amblyseius swirskii Athias-Henriot, mediante ensayos de laboratorio y persistencia (laboratorio extendido). Para la evaluación de la toxicidad de los insecticidas sobre los estados de vida más protegidos de estos enemigos naturales, se trataron bajo la Torre de Potter las pupas de E. mundus y los huevos de A. swirskii. Además, se llevaron a cabo ensayos de contacto residual para determinar los efectos letales y subletales de estos insecticidas sobre el estado adulto de ambas especies de enemigos naturales. Para ello, los pesticidas se aplicaron sobre placas de cristal (laboratorio) o sobre plantas (laboratorio extendido: persistencia). Los resultados mostraron que los insecticidas flonicamida, flubendiamida, metaflumizona, metoxifenocida, spiromesifen y spirotetramat eran compatibles con el estado de pupa de E. mundus (OILB 1: Inocuos). Sin embargo, abamectina, deltametrina y emamectina fueron categorizadas como ligeramente tóxicas (OILB 2) al causar efectos deletéreos. Los dos pesticidas más tóxicos fueron spinosad y sulfoxaflor, los cuales redujeron significativamente la emergencia de las pupas tratadas (OILB 4: Tóxicos). Flonicamida, flubendiamida, metoxifenocida y spiromesifen fueron compatibles con el estado adulto de E. mundus (OILB 1: Inocuos). Abamectina, deltametrina, emamectina, metaflumizona y spiromesifen pueden ser recomendados para su uso en programas de GIP, si se usan los plazos de seguridad apropiados, de acuerdo con la persistencia de cada uno de estos insecticidas, antes de la liberación del enemigo natural. Al contrario, spinosad y sulfoxaflor no resultaron ser compatibles (OILB D: Persistentes), aunque la realización de ensayos adicionales es necesaria para ver los efectos de los mismos en campo. Todos los insecticidas estudiados, excepto el spirotetramat (OILB 2: Ligeramente tóxico), fueron selectivos para el estado de huevo de A. swirskii (OILB 1: Inocuos). Flonicamida, flubendiamida, metaflumizona, metoxifenocida, spiromesifen, spirotetramat y sulfoxaflor, fueron compatibles con el estado adulto de A. swirskii (OILB 1: Inocuos). Abamectina, deltametrina, emamectina y spinosad pueden ser recomendados para su uso en programas de GIP, si se usan los plazos de seguridad apropiados, de acuerdo con la persistencia de cada uno de estos insecticidas, antes de la liberación del enemigo natural. Entre las nuevas estrategias de la GIP, los plásticos y mallas fotoselectivas han demostrado ser una herramienta importante para el control de plagas y enfermedades en cultivos hortícolas protegidos. Por ello, en una segunda parte de este trabajo, se estudiaron tanto los efectos directos, como la combinación de efectos directos y mediados por planta y plaga de ambientes pobres en luz UV, en presencia o ausencia del Virus del rizado amarillo del tomate (TYLCV), sobre E. mundus. En primer lugar, se realizó un ensayo al aire libre para la evaluación de la capacidad de vuelo de E. mundus en cajas tipo túnel (1 x 0,6 x 0,6 m) cubiertas con distintas barreras absorbentes de luz UV. Se detectó un efecto directo en la capacidad de orientación de E. mundus, debido a que este parasitoide utiliza estímulos visuales para localizar a sus huéspedes, únicamente en las barreras que bloqueaban más del 65% de la luz UV (malla G). En segundo lugar, bajo condiciones de invernadero, se evaluó la combinación de efectos directos y mediados por planta y plaga sobre E. mundus, usando plantas de tomate sanas o infectadas con el TYLCV y cajas (30 x 30 x 60 cm) cubiertas con los distintos plásticos fotoselectivos. En este caso, no se observó ningún efecto en la capacidad benéfica del parasitoide cuando este estaba en contacto con plantas de tomate infestadas con ninfas de B. tabaci, lo que demuestra que este insecto usa estímulos táctiles para encontrar a sus huéspedes a cortas distancias. Además, las diferentes condiciones de radiación UV estudiadas tuvieron cierto impacto en la morfología, fisiología y bioquímica de las plantas de tomate, infestadas o no con el virus de la cuchara, detectándose pequeñas alteraciones en alguno de los parámetros estudiados, como el peso fresco y seco, el contenido en H y el espesor de las cutículas y de las paredes celulares de la epidermis foliar. Por último, no se observaron efectos de la radiación UV mediados por planta, ni en B. tabaci ni en su parasitoide, E. mundus. En una tercera parte, se evaluaron los efectos de una malla tratada con bifentrin sobre ambos enemigos naturales, en ensayos de laboratorio, semicampo y campo. Las mallas tratadas fueron diseñadas originariamente para el control de mosquitos vectores de la malaria, y actualmente se está trabajando para su uso en agricultura, como una nueva estrategia de control de plagas. En ensayos de laboratorio, cuando adultos de E. mundus y A. swirskii se expusieron por contacto durante 72 horas con la malla tratada (cajas de 6 cm diámetro), se registró una alta mortalidad. Sin embargo, en el ensayo de preferencia, estos enemigos naturales no fueron capaces de detectar la presencia de bifentrin y, en aquellos individuos forzados a atravesar la malla tratada, no se observó mortalidad a corto plazo (72 horas). En estudios de semicampo, llevados a cabo bajo condiciones de invernadero en cajas de 25 x 25 x 60 cm de altura, la capacidad benéfica de E. mundus no se vio afectada. Finalmente, en ensayos de campo llevados a cabo en invernaderos comerciales (4000m2) en Almería, A. swirskii no se vio afectado por la presencia en el cultivo de la malla tratada con bifentrin y los niveles de infestación de B. tabaci y F. occidentalis detectados bajo dicha malla, fueron inferiores a los del control. Por último, se ha evaluado la composición de la microflora bacteriana de tres especies de parasitoides, E. mundus, Eretmocerus eremicus Rose & Zolnerowich y Encarsia formosa Gahan, y la influencia de la misma en su susceptibilidad a insecticidas. Se llevó a cabo una extracción total de ADN de los insectos y la región variable V4 del ARNr se amplificó usando cebadores universales bacterianos. Para identificar las secuencias de los géneros bacterianos presentes en los parasitoides, se realizó una Next Generation sequencing (Illumina sequencing). Una vez identificados los géneros bacterianos, el gen ADNr 16S de las Actinobacterias se amplificó del ADN extraído de los insectos, usando cebadores universales bacterianos y específicos de Actinobacterias, y los productos de la Nested PCR fueron clonados para identificar todas las especies del género Arthrobacter. Tres bacterias (A. aurescens Phillips, A. nicotinovarans Kodama, Yamamoto, Amano and Amichi y A. uratoxydans Stackebrandt, Fowler, Fiedler and Seiler), próximas a las especies de Arthrobacter presentes en los parasitoides, se obtuvieron de la colección bacteriana del BCCMTM/LMG y se midió su actividad esterasa. Finalmente, se realizaron ensayos con antibióticos (tetraciclina) y de contacto residual con insecticidas (abamectina) para determinar la influencia de las especies de Arthrobacter en la susceptibilidad de E. mundus a insecticidas. Los resultados muestran que este género bacteriano puede afectar a la toxicidad de E. mundus a abamectina, mostrando la importancia de la comunidad microbiana en enemigos naturales, factor que debe ser considerado en los estudios de evaluación de los riesgos de los insecticidas. ABSTRACT Integrated Pest Management (IPM) programs promote the use of control strategies more respectful with the environment; however the use of insecticides in vegetable crops is still needed to control certain pests, such as the whitefly Bemisia tabaci (Gennadius). Therefore, the objective of this work is to study the integration of the three most commonly used pest control strategies nowadays: biological, physical and chemical control. Firstly, the lethal and sublethal effects of eleven insecticides, applied at their maximum field recommended concentration, on the parasitic wasp Eretmocerus mundus Mercet and the predator Amblyseius swirskii Athias-Henriot has been assessed in the laboratory and in persistence tests (extended laboratory). To test the effects of pesticides on the most protected life stage of these natural enemies, E. mundus pupae and A. swirskii eggs were sprayed under a Potter precision spray tower. Laboratory contact tests were therefore conducted to determine the lethal and sublethal effects of these pesticides on the adult stage of these natural enemies. In the residual contact tests the pesticides were applied on glass plates (laboratory) or plants (extended laboratory: persistence). The study showed that the insecticides flonicamid, flubendiamide, metaflumizone, methoxyfenozide, spiromesifen and spirotetramat were selective for E. mundus pupae (IOBC 1: Harmless). Nevertheless, abamectin, deltamethrin and emamectin were categorized as slightly harmful (IOBC 2) due to the deleterious effects caused. The two most harmful pesticides were spinosad and sulfoxaflor, which significantly reduced the adult emergence from treated pupae (IOBC 4: Harmful). Flonicamid, flubendiamide, methoxyfenozide and spiromesifen were compatible with E. mundus adults (IOBC 1: Harmless). Base on the duration of the harmful activity, abamectin, deltamethrin, emamectin, metaflumizone and spirotetramat could be recommended for use in IPM programs if appropriate safety deadlines are used before the natural enemy release. On the contrary, spinosad and sulfoxaflor were not compatible (IOBC D: persistent), although additional studies are required to determine their effects under field conditions. All the pesticides tested, except spirotetramat (IOBC 2: Slightly harmful), were selective for A. swirskii eggs (IOBC 1: Harmless). Flonicamid, flubendiamide, metaflumizone, methoxyfenozide, spiromesifen, spirotetramat and sulfoxaflor were compatible with A. swirskii adults (IOBC 1: Harmless). However, abamectin, deltamethrin, emamectin and spinosad could be recommended for use in IPM programs if appropriate safety deadlines are used before the natural enemy release. Among new IPM strategies, UV-absorbing photoselective plastic films and nets have been shown to be an important tool for the control of pests and diseases in horticultural protected crops. Because of that, we secondly studied the plant and pest insect-mediated and/or the direct effects on E. mundus under different UV radiation conditions, in presence or absence of the Tomato Yellow Leaf Curl Virus (TYLCV). In the first experiment, performed outdoors, the flight activity of E. mundus was studied in one-chamber tunnels (1 x 0.6 x 0.6 m) covered with different photoselective barriers. Because E. mundus uses visual cues for host location at a long distance, a direct effect on its host location ability was detected, but only in the UV-absorbing barriers blocking more than 65% of the UV light (G net). In a second experiment, the direct and plant and pest insect-mediated effects of different UV radiation conditions on E. mundus were studied, inside cages (30 x 30 x 60 cm) covered with the different UVplastic films and under greenhouse conditions, using healthy or TYLCV-virus infected tomato plants. In this case, not any effect on the beneficial capacity of this parasitoid was detected, proving that he uses tactile cues at a short distance of the host. Moreover, the different UV radiation conditions studied had a certain direct impact in the morphology, physiology and biochemistry of tomato plants infested or not with the TYLCV, and small alterations in some parameters such as fresh and dry weight, H percentage and cuticle and cell wall thickness of epidermal cells of the leaves, were detected. Finally, none plant-mediated UV effects neither in the whitefly B. tabaci nor in their parasitic wasp were found. Thirdly, the effects of a bifenthrin treated net were evaluated in different laboratory, semi-field and field experiments on the natural enemies studied. Treated nets were developed long time ago aiming at the control of the mosquitoes vectors of malaria, and nowadays, there is a great interest on assessing the possibility of their use in agriculture. In laboratory assays, a high mortality was recorded when E. mundus and A. swirskii adults were exposed by contact to the bifenthrin treated net for 72 hours in small cages (12 cm diameter). However, these natural enemies were not able to detect the presence of bifenthrin in a dual-choice test and no short-term mortality (72 hours) was recorded in those individuals that went through the treated net. In semi-field assays, performed under greenhouse conditions with cages of 25 x 25 x 60 cm high, the beneficial capacity of E. mundus was not affected. Finally, in field assays carried out in commercial multispan greenhouses (4000 m2) in Almería, A. swirskii was not affected by the presence of the bifenthrin treated net in the crop and the B. tabaci and F. occidentalis infestation levels were significantly lower than in the control. Finally, the composition of the microflora present in three species of parasitoids, E. mundus, Eretmocerus eremicus Rose & Zolnerowich and Encarsia formosa Gahan, and its influence in their susceptibility to insecticides, have been assessed. A total DNA extraction was performed on insects and universal bacterial primers were used to amplify the variable V4 region of the rRNA. A Next Generation sequencing (Illumina sequencing) was performed to identify the sequences of the bacterial genera present in the parasitic wasps. Once, the bacterial genera were identified, 16S rDNA gene of Actinobacteria were amplified from insects DNA extracts using the universal bacterial and actinobacterial primers, and the nested PCR products, were cloned to identify the Arthrobacter species. Three bacteria (A. aurescens Phillips, A. nicotinovarans Kodama, Yamamoto, Amano and Amichi and A. uratoxydans Stackebrandt, Fowler, Fiedler and Seiler), having the closest match with the Arthrobacter species present in the parasitic wasps, were obtained from the BCCMTM/LMG bacteria collection and its esterase activity was measured. Finally, antibiotic and residual contact tests were done to determine the influence of Arthrobacter species in the susceptibility of E. mundus to pesticides (abamectin). The results suggest that this bacterial genus can affect the toxicity of E. mundus to abamectin, which in turn supports the importance of the microbial community in natural enemies that it should be considered as a factor in risk assessment tests of pesticides.

Treatment of tropical forages with exogenous fibrolytiic enzymes: effects on chemical composition and in vitro rumen fermentation

The effects of three treatments of fibrolytic enzymes (cellulase from Trichoderma longibrachiatum (CEL), xylanase from rumen micro-organisms (XYL) and a 1:1 mixture of CEL and XYL (MIX) on the in vitro fermentation of two samples of Pennisetum clandestinum (P1 and P2), two samples of Dichanthium aristatum (D1 and D2) and one sample of each Acacia decurrens and Acacia mangium (A1 and A2) were investigated. The first experiment compared the effects of two methods of applying the enzymes to forages, either at the time of incubation or 24 h before, on the in vitro gas production. In general, the 24 h pre-treatment resulted in higher values of gas production rate, and this application method was chosen for a second study investigating the effects of enzymes on chemical composition and in vitro fermentation of forages. The pre-treatment with CEL for 24 h reduced (p < 0.05) the content of neutral detergent fibre (NDF) of P1, P2, D1 and D2, and that of MIX reduced the NDF content of P1 and D1, but XYL had no effect on any forage. The CEL treatment increased (p < 0.05) total volatile fatty acid (VFA) production for all forages (ranging from 8.6% to 22.7%), but in general, no effects of MIX and XYL were observed. For both P. clandestinum samples, CEL treatment reduced (p < 0.05) the molar proportion of acetate and increased (p < 0.05) that of butyrate, but only subtle changes in VFA profile were observed for the rest of forages. Under the conditions of the present experiment, the treatment of tropical forages with CEL stimulated their in vitro ruminal fermentation, but XYL did not produce any positive effect. These results showed clearly that effectiveness of enzymes varied with the incubated forage and further study is warranted to investigate specific, optimal enzyme-substrate combinations.

Disruption of the murine gene encoding phosphatidylethanolamine N-methyltransferase

All nucleated cells make phosphatidylcholine via the CDP-choline pathway. Liver has an alternative pathway in which phosphatidylcholine is made by methylation of phosphatidylethanolamine catalyzed by phosphatidylethanolamine N-methyltransferase (PEMT). We investigated the function of PEMT and its role in animal physiology by targeted disruption of its gene, Pempt2. A targeting vector that interrupts exon 2 was constructed and introduced into mice yielding three genotypes: normal (+/+), heterozygotes (+/−), and homozygotes (−/−) for the disrupted PEMT gene. Only a trace of PE methylation activity remained in Pempt2(−/−) mice. Antibody to one form of the enzyme, PEMT2, indicated complete loss of this protein from Pempt2(−/−) mice and a decrease in Pempt2(+/−) mice, compared with Pempt2(+/+) mice. The levels of hepatic phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine were minimally affected. The active form of CTP:phosphocholine cytidylyltransferase, the regulated enzyme in the CDP-choline pathway, was increased 60% in the PEMT-deficient mice. Injection of [l-methyl-3H]methionine demonstrated that the in vivo PEMT activity was eliminated in the Pempt2(−/−) mice and markedly decreased in the Pempt2(+/−) mice. This experiment also demonstrated that the choline moiety derived from PEMT in the liver can be distributed via the plasma throughout the mouse where it is found as phosphatidylcholine, lysophosphatidylcholine, and sphingomyelin. Mice homozygous for the disrupted Pempt2 gene displayed no abnormal phenotype, normal hepatocyte morphology, normal plasma lipid levels and no differences in bile composition. This is the first application of the “knockout mouse” technique to a gene for phospholipid biosynthesis.

Uracil-DNA glycosylase–DNA substrate and product structures: Conformational strain promotes catalytic efficiency by coupled stereoelectronic effects

Enzymatic transformations of macromolecular substrates such as DNA repair enzyme/DNA transformations are commonly interpreted primarily by active-site functional-group chemistry that ignores their extensive interfaces. Yet human uracil–DNA glycosylase (UDG), an archetypical enzyme that initiates DNA base-excision repair, efficiently excises the damaged base uracil resulting from cytosine deamination even when active-site functional groups are deleted by mutagenesis. The 1.8-Å resolution substrate analogue and 2.0-Å resolution cleaved product cocrystal structures of UDG bound to double-stranded DNA suggest enzyme–DNA substrate-binding energy from the macromolecular interface is funneled into catalytic power at the active site. The architecturally stabilized closing of UDG enforces distortions of the uracil and deoxyribose in the flipped-out nucleotide substrate that are relieved by glycosylic bond cleavage in the product complex. This experimentally defined substrate stereochemistry implies the enzyme alters the orientation of three orthogonal electron orbitals to favor electron transpositions for glycosylic bond cleavage. By revealing the coupling of this anomeric effect to a delocalization of the glycosylic bond electrons into the uracil aromatic system, this structurally implicated mechanism resolves apparent paradoxes concerning the transpositions of electrons among orthogonal orbitals and the retention of catalytic efficiency despite mutational removal of active-site functional groups. These UDG/DNA structures and their implied dissociative excision chemistry suggest biology favors a chemistry for base-excision repair initiation that optimizes pathway coordination by product binding to avoid the release of cytotoxic and mutagenic intermediates. Similar excision chemistry may apply to other biological reaction pathways requiring the coordination of complex multistep chemical transformations.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.