Alterações hepáticas na expressão gênica e atividade da catalase e superóxido dimutase em ratos diabéticos induzidos por estreptozootocina

The correlation between the type 1 diabetes mellitus and oxidative stress have been described in several studies, however its underlying mechanisms are not fully elucidated. The present work aimed to evaluate the effects of four weeks of streptozootocin-induced (STZ) diabetes in the redox homeostasis of rat hepatocytes. Thus, the liver of male Wistar rats from control and diabetic groups were collected and the activity and expression of antioxidant enzymes, as well the main markers of oxidative stress and content of H2O2 in these tissues were measured. The diabetes induced the activity of superoxide dismutase (SOD) and the gene expression of its mitochondrial isoform, SOD2. However, the expression of SOD1, the cytoplasmic isoform, was reduced by this disease. The activity and expression of catalase (CAT), as well the expression of glutathione peroxidase 1 (GPX1) and peroxiredoxin 4 (PRX4) were drastically reduced in the hepatocytes of diabetics rats. Even with this debility in the peroxidases mRNA expression, the content of H2O2 was reduced in the liver of diabetics rats when compared to the control group. The diabetes caused an increase of lipid peroxidation and a decrease of protein thiol content, showing that this disease causes distinct oxidative effects in different cell biomolecules. Our results indicate that four week of diabetes induced by STZ is already enough to compromise the enzymatic antioxidant systems of the hepatocytes.

Exoenzimas em rações de frangos de corte

The study aimed to evaluate performance, relative weight of the small intestine, digestibility and deposition of minerals in the bone of broilers supplemented with enzymatic complex (carbohydrases and phytase) in sorghum-based diets or sorghum and millet. In the experiments based of sorghum and sorghum and millet were used 912 day-old male and female Hubbard Flex chicks (50:50) were distributed in a completely randomized design in a 2x2 factorial arrangement (Feed Control base Sorghum (Contcs); FeedReducedbase Sorghum (RedS); Feed Control base sorghum + Enzymatic Complex (Contcs + Enz);. Feed reduced base sorghum + Enzymatic Complex (RedS + Enz) in the study of feed basis of sorghum and millet the design was similar (Feed Control base sorghum + millet ( ContSM); Reduced feed based on Millet + Sorghum (RedSM); Feed Control based Sorghum + Millet + EnzimaticComplex (ContSM + Enz); Reduced Feed base Sorghum+ Millet + Enzimatic Complex (RedSM + Enz). At 35 and 42 days of age were determined performance data: feed intake (CR), body weight (BW), feed conversion (FC), viability (VIAB), relative weight of the small intestine and deposition of minerals in the bone. The digestibility was evaluated sorghum grain size (crushed and whole) with and without exoenzimatico complex. They used 32 birds, eight birds per treatment, in periods from 17 to 21 (initial) and 31 to 35 days of age (fattening). The exoenzimático complex used in feed favored the weight gain results, feed conversion and bone mineralization when compared to a control diet not added to enzymes, demonstrating its effect on non-starch polysaccharides and phosphorus phytic present as anti-nutritional factors in these diets, increasing the digestibility and supply of metabolizable energy, essential amino acids, methionine and lysine and calcium and phosphorus for bone formation. It is concluded that a safe strategy for inclusion in feed is based on the reduction of energy levels, essential amino acids, methionine and lysine and calcium and phosphorus in the expected result of the constant activity of the enzymes of this exoenzimático complex.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Insight into Biological Small-Molecule Activation from Enzymes, Model Complexes, and X-ray Spectroscopy

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Étude de l'expression des microARNs et des enzymes de synthèse des corticostéroïdes dans le développement pulmonaire

Le syndrome de détresse respiratoire du nouveau-né (SDR) est l’une des pathologies les plus fréquentes dont souffrent les bébés prématurés. Le SDR est causé par un déficit dans la synthèse du surfactant pulmonaire en raison de l’immaturité du poumon lors d’une naissance prématurée. Plusieurs éléments régulent le développement pulmonaire notamment les stéroïdes sexuels et les corticostéroïdes. Le sexe est aussi un élément régulateur du développement pulmonaire. En effet, les garçons sont plus atteints que les filles par le SDR. Ce dimorphisme sexuel est attribué aux androgènes. Le traitement anténatal aux glucocorticoïdes est prescrit aux femmes qui sont à risque d’accoucher prématurément. En effet, les corticostéroïdes favorisent la maturation pulmonaire anténatale. Également, il a été démontré que les microARNs sont primordiaux pour le développement pulmonaire. Ceci nous a conduit à étudier l’impact des androgènes sur le profil d’expression des microARNs lors de la transition du stade canaliculaire au stade sacculaire (jour gestationnel (JG)17.0 au JG18.0), période qui coïncide avec la montée de la synthèse et de la sécrétion du surfactant chez la souris. Tout d’abord, nous avons étudié la stabilité des gènes de normalisation (snoRNAs) afin de quantifier les microARNs par qPCR. Cette analyse a été effectuée avec 3 logiciels différents et sur plusieurs stades du développement notamment de la période pseudoglandulaire jusqu’au stade alvéolaire chez les deux sexes. On a identifié les meilleures combinaisons de gènes de normalisation les plus stables pour chaque stade du développement étudié ainsi que pour la période couvrant tous les stades étudiés. Ensuite nous avons analysé à GD17.0 et GD18.0 le profil d’expression des microARNs chez des fœtus mâles dont les mères ont été traitées au flutamide (anti-androgènes pure). Les résultats ont montré que 43 microARNs matures sont modulés par les androgènes à GD17.0 et 35 microARNs à GD18.0. Pour certains microARNs, nous avons identifié des cibles potentielles qui sont inversement modulées par les androgènes par rapport aux microARNs. Ces cibles sont impliquées dans plusieurs processus biologiques tels que le métabolisme des lipides et la prolifération cellulaire ainsi que dans des fonctions moléculaires tels que la liaison des facteurs de transcription. Des expériences de validation ont été effectuées par qPCR. Nos résultats ont montré que les androgènes régulent des processus qui peuvent être impliqués dans la maturation pulmonaire via la régulation des microARNs. En plus de l’intérêt porté aux androgènes dans la maturation pulmonaire, nous avons analysé l’expression d’enzymes de synthèse des corticostéroïdes dans le poumon fœtal humain. L’expression de l’enzyme 21-hydroxylase a été étudiée par qPCR et par immunobuvardage. Également la localisation de l’ARNm de cette enzyme clé de la synthèse des glucocorticoïdes, a été effectuée par hybridation in situ. L’ARNm de CYP21A2 a été détecté par qPCR dans les 34 échantillons analysés et dont les âges variaient entre 17 et 40 semaines de grossesse. Aucune corrélation, avec l’âge gestationnel ou le sexe, n’a été observée. Des niveaux significatifs de la protéine 21-hydroxylase ont été détectés dans nos échantillons. Nous avons investigué l’expression d’autres enzymes impliquées dans la voie de synthèse des glucocorticoïdes notamment CYP11B1, CYP11B2 et CYP17A1. Les ARNm des gènes CYP11B1, CYP11B2 n’ont pas été détectés dans nos échantillons, contrairement à CYP17A1 dont l’ARNm a été détecté dans tous nos tissus fœtaux analysés. La protéine de la 17α-hydroxylase a été détectée à de faibles niveaux. Nos résultats d’hybridation in situ ont montré que l’expression de CYP21A2 est localisée presqu’exclusivement dans l’épithélium pulmonaire distal. Nos résultats suggèrent que les produits de la 21-hydroxylase agiront via une action intracrine sur l’épithélium distal en activant le récepteur des glucocorticoïdes (GR). L’activation du récepteur des minéralocorticoïdes (MR) ne semble pas dépendre de produits de la 21-hydroxylase en raison des quantités importantes d’aldostérone circulante.

Bacterial collagenases: a review

Bacterial collagenases are metalloproteinases involved in the degradation of the extracellular matrices of animal cells, due to their ability to digest native collagen. These enzymes are important virulence factors in a variety of pathogenic bacteria. Nonetheless, there is a lack of scientific consensus for a proper and well-defined classification of these enzymes and a vast controversy regarding the correct identification of collagenases. Clostridial collagenases were the first ones to be identified and characterized and are the reference enzymes for comparison of newly discovered collagenolytic enzymes. In this review we present the most recent data regarding bacterial collagenases and overview the functional and structural diversity of bacterial collagenases. An overall picture of the molecular diversity and distribution of these proteins in nature will also be given. Particular aspects of the different proteolytic activities will be contextualized within relevant areas of application, mainly biotechnological processes and therapeutic uses. At last, we will present a new classification guide for bacterial collagenases that will allow the correct and straightforward classification of these enzymes.

Potencial fisiológico de sementes de soja enriquecidas com molibdênio no armazenamento e sua influência na atividade de enzimas do metabolismo do nitrogênio

Molybdenum is one of the essential micronutrients for soybeans, acting directly on nitrogen metabolism as enzyme cofactor of nitrogenase. Usually, this nutrient is supplied to the plants through seed treatment or foliar application. The aim of this study was to evaluate the molybdenum effects by foliar in the physiological potential of soybean seeds and verify its interference in the enzyme activities involved in nitrogen metabolism. Soybean seeds of BMX Turbo cultivar were used, produced in Erechim, RS, harvest 2013, from plants treated with the following Mo concentrations: 0; 25; 50 and 75 g ha-1, supplied through two commercial products (Biomol and Molybdate) and stored during 0 and 6 months in uncontrolled conditions. The first experiment was conducted in Seedtes Seed Analysis Laboratory in Pato Branco, PR. The used design was completely randomized in a factorial analysis 4 x 2 x 2 with four replications each. The physiological potential of the seeds was evaluated by the germination test, seedling growth, accelerated aging and emergence on the soil. The second experiment was conducted in a greenhouse, where the seeds derived from treatments with different concentrations of Mo: 0; 25; 50 and 75 g ha-1 supplied through two commercial products (Biomol and Molybdate) were grown in vases. The used design was completely randomized in a factorial analysis 4 x 2 with four replications. Evaluations were performed when the plants reached the R1 phenological stage concerning the nodulation, dry matter of root and shoot of the plants and the determination of the activity of the enzymes glutamine synthetase and glutamate synthetase and the content of total soluble proteins. The data were submitted to variance analysis and when significant they were assessed by Tukey’s test for comparison of products and seed storage and with regression study to the concentrations at 5% probability. Analyses were performed using SISVAR statistical software. The soybean seed storage under uncontrolled conditions affected the seed vigour produced with Mo, regardless of the commercial product used during production. The application of Mo through foliar positively influences the production of soya beans which presented increasing responses in the germination and vigour with the application of Mo above 25 g ha-1 . The enrichment of Mo through foliar did not affect the nodulation of plants of the next generation, however, the use of Mo above 25 g ha-1 provided an increase in the activity of enzymes involved in nitrogen metabolism as well as on the total protein content.

Understanding immobilised enzymes by NMR spectroscopy

Enzyme immobilisation is the conversion of a soluble enzyme molecule into a solid particle form. This allows the recovery of the enzyme catalyst for its re-use and avoids protein contamination of the product streams. A better understanding of immobilised enzymes is necessary for their rational development. A more rational design can help enormously in the applicability of these systems in different areas, from biosensors to chemical industry. Immobilised enzymes are challenging systems to study and very little information is given by conventional biochemical analysis such as catalytic activity and amount of protein. Here, solid-state NMR has been applied as the main technique to study these systems and evaluate them more precisely. Various approaches are presented for a better understanding of immobilised enzymes, which is the aim of this thesis. Firstly, the requirements of a model system of study will be discussed. The selected systems will be comprehensibly characterised by a variety of techniques but mainly by solid-state NMR. The chosen system will essentially be the enzyme α-chymotrypsin covalently immobilised on two functionalised inorganic supports – epoxide silica and epoxide alumina – and an organic support – Eupergit®. The study of interactions of immobilised enzymes with other species is vital for understanding the macromolecular function and for predicting and engineering protein behaviour. The study of water, ions and inhibitors interacting with various immobilised enzyme systems is covered here. The interactions of water and sodium ions were studied by 17O and 23Na multiple-quantum techniques, respectively. Various pore sizes of the supports were studied for the immobilised enzyme in the presence of labelled water and sodium cations. Finally, interactions between two fluorinated inhibitors and the active site of the enzyme will be explored using 19F NMR, offering a unique approach to evaluate catalytic behaviour. These interactions will be explored by solution-state NMR firstly, then by solid-state NMR. NMR has the potential to give information about the state of the protein in the solid support, but the precise molecular interpretation is a difficult task.

Glycosylation and Glycodiversification in Polyketide Antibiotics: Unraveling Biosynthetic Steps in Nogalamycin Formation

Soil-dwelling Streptomyces bacteria are known for their ability to produce biologically active compounds such as antimicrobial, immunosuppressant, antifungal and anticancer drugs. S. nogalater is the producer of nogalamycin, a potential anticancer drug exhibiting high cytotoxicity and activity against human topoisomerases I and II. Nogalamycin is an anthracycline polyketide comprising a four-ring aromatic backbone,a neutral deoxy sugar at C7, and an amino sugar attached via an O–C bond at C1 and a C–C bond between C2 and C5´´. This kind of attachment of the amino sugar is unusual thus making the structure of the compound highly interesting. The sugar is also associated with the biological activity of nogalamycin, as it facilitates binding to DNA. Furthermore, the sugar moieties of anthracyclines are often crucial for their biological activity. Together the interesting attachment of the amino sugar and the general reliance of polyketides on the sugar moieties for bioactivity have made the study of the biosynthesis of nogalamycin attractive. The sugar moieties are typically attached by glycosyltransferases, which use two substrates: the donor and the acceptor. The literature review of the thesis is focused on the glycosylation of polyketides and the possibilities to alter their glycosylation patterns. My own thesis work revolves around the biosynthesis of nogalamycin. We have elucidated the individual steps that lead to its rather unique structure. We reconstructed the whole biosynthetic pathway in the heterologous host S. albus using a cosmid and a plasmid. In the process, we were able to isolate new compounds when the cosmid, which contains the majority of the nogalamycin gene cluster, was expressed alone in the heterologous host. The new compounds included true intermediates of the pathway as well as metabolites, which were most likely altered by the endogenous enzymes of the host. The biological activity of the most interesting new products was tested against human topoisomerases I and II, and they were found to exhibit such activities. The heterologous expression system facilitated the generation of mutants with inactivated biosynthetic genes. In that process, we were able to identify the functions of the glycosyltransferases SnogE and SnogD, solve the structure of SnogD, discover a novel C1-hydroxylase system comprising SnoaW and SnoaL2, and establish that the two homologous non-heme α-ketoglutarate and Fe2+ dependent enzymes SnoK and SnoN catalyze atypical reactions on the pathway. We demonstrated that SnoK was responsible for the formation of the additional C–C bond, whereas SnoN is an epimerase. A combination of in vivo and in vitro techniques was utilized to unravel the details of these enzymes. Protein crystallography gave us an important means to understand the mechanisms. Furthermore, the solved structures serve as platforms for future rational design of the enzymes.

Isolamento, seleção e cultivo de leveduras com potencia biotecnológico para a produção de endo-xilaneses

Xilanases são enzimas que catalisam a hidrólise das xilanas e têm sido em grande parte, obtidas a partir de bolores e bactérias. No entanto poucos estudos têm sido relatados sobre a produção destas enzimas por leveduras. O presente trabalho teve como objetivo isolar leveduras de diferentes fontes vegetais visando à produção de xilanases, além de maximizar sua produção, estudar o uso de diferentes fontes de nitrogênio e cultivar as leveduras em meios contendo coprodutos agroindustriais. As amostras de alimentos e resíduos foram enriquecidas em caldo extrato de malte e levedura e isoladas em Ágar Nutriente Wallerstein, as leveduras isoladas foram, a seguir, avaliadas quanto à capacidade de degradar xilana presente no meio e produzir halos de hidrólise, os quais foram visualizados através do uso do corante vermelho congo. Os micro-organismos selecionados como potenciais produtores de xilanase foram crescidos em meio complexo líquido e as atividades enzimáticas de endoxilanase, β-xilosidase, carboximetilcelulase, celulase total, pH e concentração de biomassa foram avaliadas ao longo de 96 h de cultivo. Dentre as leveduras isoladas, sete foram selecionadas, e a 18Y foi a que apresentou a maior atividade de endo- xilanase (2,7 U.mL-1 ), sendo esta isolada de chicória e identificada como Cryptococcus laurentii. Esta estirpe apresentou capacidade de produzir xilanase com baixos níveis de celulase, sendo assim selecionada neste trabalho. A maximização de endo-xilanase foi avaliada fazendo uso de planejamento experimental onde primeiramente foi realizado um planejamento fracionário 2 6-2 para verificar os efeitos do pH inicial e as concentrações de xilana, peptona, (NH4)2SO4, extrato de levedura e KH2PO4 sobre a atividade enzimática. Após selecionar as variáveis xilana, peptona, pH e extrato de levedura foi realizado um delineamento composto central rotacional (24 ) onde todos os cultivos foram mantidos a 30°C, 150 rpm durante 96 h sendo retiradas alíquotas para determinação das atividades, pH e biomassa. A produção máxima foi de 6,9 U.mL-1 usando 10,0 g.L-1 de extrato de levedura, 10,0 g.L-1 de peptona, 10,0 g.L-1 de xilana, 1,0 g.L-1 de (NH4)2SO4 em pH 6,5 o que permitiu um incremento de mais de 250% sobre a atividade. Posteriormente foram realizados ensaios avaliando diferentes fontes e concentrações de nitrogênio orgânico e inorgânico. A presença de NH4NO3 e (NH₄)₂SO₄ usados na concentração de 3% proporcionaram as maiores atividades de endo-xilanase (6,2 e 6,0 U.mL-1 respectivamente). O sulfato de amônio foi selecionado e fixado em 1 g.L-1 e logo após um planejamento completo 22 foi realizado onde as variáveis xilana e extrato de levedura foram estudadas e as demais fixadas. As condições ótimas estabelecidas para a produção da enzima foram: concentração de xilana de 18,6 g.L-1 , concentração de extrato de levedura de 10 g.L-1 atingindo 14 U.mL-1 . Após a maximização enzimática estudou-se o crescimento de Pichia pastoris NRRL Y-1603 e Cryptococcus laurentti em cinco substratos agroindustriais visando a possibilidade estes substratos substituírem a xilana em cultivos para a produção de endo-xilanase. Os ensaios foram realizados utilizando os subtratos pré-tratados com NaOH 4% e não tratados. Para inserção dos mesmos aos meios de cultivo, estes foram moídos e adicionados na concentração de 2%. O pré-tratamento para todos as fontes de hemicelulose foi eficiente e promoveu aumento nas atividades produzidas. Cryptococcus laurentti apresentou maior atividade enzimática (8,7 U.mL-1 ) em farelo de arroz desengordurado e pré- tratado enquanto que a levedura Pichia pastoris NRRL Y-1603 apresentou sua melhor condição para produção de endo-xilanase quando cultivada em meio contendo casca de aveia e o farelo de arroz pré-tratados, alcançando atividades máximas de 7,6 e 7,5 U.mL-1 .

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Insulin increases De Novo Steroidogenesis in prostate cancer cells

Androgen-dependent pathways regulate maintenance and growth of normal and malignant prostate tissues. Androgen deprivation therapy (ADT) exploits this dependence and is used to treat metastatic prostate cancer; however, regression initially seen with ADT gives way to development of incurable castration-resistant prostate cancer (CRPC). Although ADT generates a therapeutic response, it is also associated with a pattern of metabolic alterations consistent with metabolic syndrome including elevated circulating insulin. Because CRPC cells are capable of synthesizing androgens de novo, we hypothesized that insulin may also influence steroidogenesis in CRPC. In this study, we examined this hypothesis by evaluating the effect of insulin on steroid synthesis in prostate cancer cell lines. Treatment with 10 nmol/L insulin increased mRNA and protein expression of steroidogenesis enzymes and upregulated the insulin receptor substrate insulin receptor substrate 2 (IRS-2). Similarly, insulin treatment upregulated intracellular testosterone levels and secreted androgens, with the concentrations of steroids observed similar to the levels reported in prostate cancer patients. With similar potency to dihydrotestosterone, insulin treatment resulted in increased mRNA expression of prostate-specific antigen. CRPC progression also correlated with increased expression of IRS-2 and insulin receptor in vivo. Taken together, our findings support the hypothesis that the elevated insulin levels associated with therapeutic castration may exacerbate progression of prostate cancer to incurable CRPC in part by enhancing steroidogenesis.

S-allylmercaptocysteine reduces carbon tetrachloride-induced hepatic oxidative stress and necroinflammation via nuclear factor kappa B-dependent pathways in mice.

Purpose To study the protective effects and underlying molecular mechanisms of SAMC on carbon tetrachloride (CCl4)-induced acute hepatotoxicity in the mouse model. Methods Mice were intraperitoneally injected with CCl4 (50 μl/kg; single dose) to induce acute hepatotoxicity with or without a 2-h pre-treatment of SAMC intraperitoneal injection (200 mg/kg; single dose). After 8 h, the blood serum and liver samples of mice were collected and subjected to measurements of histological and molecular parameters of hepatotoxicity. Results SAMC reduced CCl4-triggered cellular necrosis and inflammation in the liver under histological analysis. Since co-treatment of SAMC and CCl4 enhanced the expressions of antioxidant enzymes, reduced the nitric oxide (NO)-dependent oxidative stress, and inhibited lipid peroxidation induced by CCl4. SAMC played an essential antioxidative role during CCl4-induced hepatotoxicity. Administration of SAMC also ameliorated hepatic inflammation induced by CCl4 via inhibiting the activity of NF-κB subunits p50 and p65, thus reducing the expressions of pro-inflammatory cytokines, mediators, and chemokines, as well as promoting pro-regenerative factors at both transcriptional and translational levels. Conclusions Our results indicate that SAMC mitigates cellular damage, oxidative stress, and inflammation in CCl4-induced acute hepatotoxicity mouse model through regulation of NF-κB. Garlic or garlic derivatives may therefore be a potential food supplement in the prevention of liver damage.

Kallikrein-related peptidase 15 (prostinogen)

The third edition of the Handbook of Proteolytic Enzymes aims to be a comprehensive reference work for the enzymes that cleave proteins and peptides, and contains over 800 chapters. Each chapter is organized into sections describing the name and history, activity and specificity, structural chemistry, preparation, biological aspects, and distinguishing features for a specific peptidase. The subject of Chapter 619 is Kallikrein-related Peptidase 15 (Prostinogen).

Protein monoubiquitination and polyubiquitination generate structural diversity to control distinct biological processes

Ubiquitination involves the attachment of ubiquitin (Ub) to lysine residues on substrate proteins or itself, which can result in protein monoubiquitination or polyubiquitination. Polyubiquitination through different lysines (seven) or the N-terminus of Ub can generate different protein-Ub structures. These include monoubiquitinated proteins, polyubiqutinated proteins with homotypic chains through a particular lysine on Ub or mixed polyubiquitin chains generated by polymerization through different Ub lysines. The ability of the ubiquitination pathway to generate different protein-Ub structures provides versatility of this pathway to target proteins to different fates. Protein ubiquitination is catalyzed by Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes, with different combinations of these enzymes specifying the type of Ub modification on protein substrates. How Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes generate this structural diversity is not clearly understood. In the current review, we discuss mechanisms utilized by the Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes to generate structural diversity during protein ubiquitination, with a focus on recent mechanistic insights into protein monoubiquitination and polyubiquitination.