Molecular and Functional Characterization of Antimicrobial Peptides in Crustaceans

Most living organisms are constantly exposed to potentially harmful pathogens. It is the immune system of the organism that enables it to survive in an environment loaded with dangerous pathogenic microorganisms. The innate immunity provides organisms with a rapid and non-specific first line of defense against pathogens. It includes physical barriers such as skin and mucous membranes and chemical barriers including the high acidity of gastric juice, and specialized soluble molecules that possess antimicrobial activity. One of the well-known innate immune defense mechanisms is the production of antimicrobial substances by specific cells or tissues of the organisms. Antimicrobial peptides (AMPs) are such natural substances that

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.

Effets neuroprotecteurs de l’hypothermie dans un modèle d’encéphalopathie néonatale combinant l’inflammation et l’hypoxie-ischémie.

L’encéphalopathie néonatale (EN) affecte plus de 0.8% des nouveau-nés à terme et est la deuxième cause d’handicap neurologique durant l’enfance. Le traitement des enfants atteints d’EN consiste en une prise en charge symptomatique et en l’hypothermie (HT). Néanmoins, plus de 50% des patients traités par HT gardent des séquelles neurologiques majeures. Les données provenant du Canadian Cerebral Palsy Registry montrent que l’HT prévient seulement 4% des cas de paralysie cérébrale (PC). Le fait que l’HT ait des effets neuroprotecteurs chez certains nouveau-nés, mais pas chez tous les nouveau-nés atteints d’EN n’est pas encore totalement élucidé. Il a été rapporté que les nouveau-nés exposés à l’inflammation (sepsis néonatal, infections placentaires) et à l’hypoxie-ischémie (HI) semblent avoir moins d’effets bénéfiques de l’HT que ceux qui ont été seulement exposés à l’HI. Des études précliniques ont établi que l’HT avait des effets neuroprotecteurs dans les cas d’encéphalopathies hypoxique-ischémiques chez les nouveau-nés à terme ou peu prématurés (plus de 35 semaines d’âge gestationnel). Cependant, peu d’études ont investigué les effets de l’HT lorsque l’EN résulte de la combinaison d’HI et d’infection/inflammation, alors qu’il s’agit du scénario pathophysiologique le plus fréquemment rencontré chez les nouveau-nés humains atteints d’EN. Ceci nous a amené à tester les effets neuroprotecteurs de l’HT dans un modèle animal (rat) d’EN induite par l’inflammation et l’HI. Des ratons Lewis au jour postnatal 12 sont injectés avec du lipopolysaccharide (LPS) d’E.coli afin de recréer l’inflammation, puis sont soumis à l’ischémie (ligature de la carotide commune droite) et à l’hypoxie (8% O[indice inférieur 2], 1h30). Les ratons sont ensuite traités ou non par l’HT (32 ± 0.5°C, 4 h). L‘étendue des lésions cérébrales ainsi que les cascades inflammatoires et oxydatives ont été étudiées. Nos résultats montrent que l’HT prévient l’étendue des lésions dans la composante de pénombre ischémique (néocortex et hippocampe). Cet effet neuroprotecteur est indépendant d’un effet anti-inflammatoire cérébral de l’HT portant sur le système de l’interleukine-1. Nos données indiquent que l’HT module l’expression des enzymes responsables de l’élimination des réactifs de l’oxygène (ROS). En conclusion, nos résultats montrent que l'HT a des effets neuroprotecteurs dans un modèle d’EN induite par l’exposition combinée au LPS et à l’HI. Ce projet devrait ouvrir des perspectives translationnelles pour prévenir la PC au-delà de l'hypothermie seule, comme par exemple celle visant à tester le bénéfice de la combinaison thérapeutique d’HT jointe au blocage de cytokines pro-inflammatoires.

In vivo models of lung neutrophil activation. Comparison of mice and hamsters

BACKGROUND: Evidence suggests that both the migration and activation of neutrophils into the airway is of importance in pathological conditions such as pulmonary emphysema. In the present study, we describe in vivo models of lung neutrophil infiltration and activation in mice and hamsters. RESULTS: BALB/c and C57BL/6 mice were intranasally treated with lipopolysaccharide (0.3 mg/kg). Twenty-four hours after, animals were treated intranasally with N-Formyl-Met-Leu-Phe (0 to 5 mg/kg). Golden Syrian hamsters were treated intratracheally with 0.5 mg/kg of lipopolysaccharide. Twenty-four hours after, animals were treated intratracheally with 0.25 mg/kg of N-Formyl-Met-Leu-Phe. Both mice and hamster were sacrificed two hours after the N-Formyl-Met-Leu-Phe application. In both BALB/c and C57BL/6 mice, a neutrophil infiltration was observed after the sequential application of lipopolysaccharide and N-Formyl-Met-Leu-Phe. However, 5 times less neutrophil was found in C57BL/6 mice when compared to BALB/c mice. This was reflected in the neutrophil activation parameters measured (myeloperoxidase and elastase activities). Despite the presence of neutrophil and their activation status, no lung haemorrhage could be detected in both strains of mice. When compared with mice, the lung inflammation induced by the sequential application of lipopolysaccharide and N-Formyl-Met-Leu-Phe was much greater in the hamster. In parallel with this lung inflammation, a significant lung haemorrhage was also observed. CONCLUSIONS: Both mouse and hamster can be used for pharmacological studies of new drugs or other therapeutics agents that aimed to interfere with neutrophil activation. However, only the hamster model seems to be suitable for studying the haemorrhagic lung injury process

An intimate link between antimicrobial peptide sequence diversity and binding to essential components of bacterial membranes

Antimicrobial peptides and proteins (AMPs) are widespread in the living kingdom. They are key effectors of defense reactions and mediators of competitions between organisms. They are often cationic and amphiphilic, which favors their interactions with the anionic membranes of microorganisms. Several AMP families do not directly alter membrane integrity but rather target conserved components of the bacterial membranes in a process that provides them with potent and specific antimicrobial activities. Thus, lipopolysaccharides (LPS), lipoteichoic acids (LTA) or the peptidoglycan precursor Lipid II are targeted by a broad series of AMPs. Studying the functional diversity of immune effectors tells us about the essential residues involved in AMP mechanism of action. Marine invertebrates have been found to produce a remarkable diversity of AMPs. Molluscan defensins and crustacean anti-LPS factors (ALF) are diverse in terms of amino acid sequence and show contrasted phenotypes in terms of antimicrobial activity. Their activity is directed essentially against Gram-positive or Gram-negative bacteria due their specific interactions with Lipid II or Lipid A, respectively. Through those interesting examples, we discuss here how sequence diversity generated throughout evolution informs us on residues required for essential molecular interaction at the bacterial membranes and subsequent antibacterial activity. Through the analysis of molecular variants having lost antibacterial activity or shaped novel functions, we also discuss the molecular bases of functional divergence in AMPs.

Acute phase proteins and biomarkers for health in chickens

Acute phase proteins (APPs) are proteins synthesised predominantly in the liver, whose plasma concentrations increase (positive APP) or decrease (negative APP) as a result of infection, inflammation, trauma and tissue injury. They also change as a result of the introduction of immunogens such as bacterial lipopolysaccharide (LPS), turpentine and vaccination. While publications on APPs in chickens are numerous, the limited availability of anti-sera and commercial ELISAs has resulted in a lot of information on only a few APPs. Disease is a threat to the poultry industry, as pathogens have the potential to evolve, spread and cause rapid onset of disease that is detrimental to the welfare of birds. Low level, sub-acute disease with non-specific, often undiagnosed causes can greatly affect bird health and growth and impact greatly on productivity and profitability. Developing and validating methods to measure and characterise APPs in chickens will allow these proteins to be used diagnostically for monitoring flock health. Using immune parameters such as APPs that correlate with disease resistance or improvements in production and welfare will allow the use of APPs as selection parameters for breeding to be evaluated. For APPs to be useful parameters on which to evaluate chicken health, information on normal APP concentrations is required. Ceruloplasmin (Cp) and PIT54 concentrations were found to be much lower in healthy birds form commercial production farms than the reported normal values obtained from the literature. These APPs were found to be significantly higher in culled birds from a commercial farm and Cp, PIT54 and ovotransferrin (Ovt) were significantly higher in birds classified as having obvious gait defects. Using quantitative shotgun proteomics to identify the differentially abundant proteins between three pools: highly acute phase (HAP), acute phase (AP) and non-acute phase (NAP), generated data from which a selection of proteins, based on the fold difference between the three pools was made. These proteins were targeted on a individual samples alongside proteins known to be APPs in chickens or other species: serum amyloid A (SAA), C-reactive protein (CRP), Ovt, apolipoprotein A-I (apo-AI), transthyretin (Ttn), haemopexin (Hpx) and PIT54. Together with immunoassay data for SAA, Ovt, alpha-1-acid glycoprotein (AGP) and Cp the results of this research reveal that SAA is the only major APP in chickens. Ovotransferrin and AGP behave as moderate APPs while PIT54 and Cp are minor APPs. Haemopexin was not significantly different between the three acute phase groups. Apolipoprotein AI and Ttn were significantly lower in the HAP and AP groups and as such can be classed as negative APPs. In an effort to identify CRP, multiple anti-sera cross reacting with CRP from other species were used and a phosphorylcholine column known to affinity purify CRP were used. Enriched fractions containing low molecular weight proteins, elutions from the affinity column together with HAP, AP and NAP pooled samples were applied to a Q-Exactive Hybrid Quadrupole–Orbitrap mass spectrometer (Thermo Scientific) for Shotgun analysis and CRP was not identified. It would appear that CRP is not present as a plasma protein constitutively or during an APR in chickens and as such is not an APP in this species. Of the proteins targeted as possible novel biomarkers of the APR in chickens mannan binding lectin associated serine protease-2, α-2-HS-glycoprotein (fetuin) and major facilitator superfamily domain-containing protein 10 were reduced in abundance in the HAP group, behaving as negative biomarkers. Myeloid protein and putative ISG(12)2 were positively associated with the acute phase being significantly higher in the HAP and AP groups. The protein cathepsin D was significantly higher in both HAP and AP compared to the NAP indicating that of all the proteins targeted, this appears to have the most potential as a biomarker of the acute phase, as it was significantly increased in the AP as well as the HAP group. To evaluate APPs and investigate biomarkers of intestinal health, a study using re-used poultry litter was undertaken. The introduction of litter at 12 days of age did not significantly increase any APPs measured using immunoassays and quantitative proteomics at 3, 6 and 10 days post introduction. While no APP was found to be significantly different between the challenged and control groups at anytime point, the APPs AGP, SAA and Hpx did increase over time in all birds. The protein apolipoprotein AIV (apo-AIV) was targeted as a possible APP and because of its reported role in controlling satiety. An ELISA was developed, successfully validated and used to measure apo-AIV in this study. While no significant differences in apo-AIV plasma concentrations between challenged and control groups were identified apo-AIV plasma concentrations did change significantly between certain time points in challenged and control groups. Apoliporotein AIV does not appear to behave as an APP in chickens, as it was not significantly different between acute phase groups. The actin associated proteins villin and gelsolin were investigated as possible biomarkers of intestinal health. Villin was found not to be present in the plasma of chickens and as such not a biomarker target. Gelsolin was found not to be differentially expressed during the acute phase or as a result of intestinal challenge. Finally a proteomic approach was undertaken to investigate gastrocnemius tendon (GT) rupture in broiler chickens with a view of elucidating to and identify proteins associated with risk of rupture. A number of proteins were found to be differentially expressed between tendon pools and further work would enable further detailing of these findings. In conclusion this work has made a number of novel findings and addressed a number of data poor areas. The area of chicken APPs research has stagnated over the last 15 years with publications becoming repetitive and reliant on a small number of immunoassays. This work has sought to characterise the classic APPs in chickens, and use a quantitative proteomic approach to measure and categorise them. This method was also used to take a fresh approach to biomarker identification for both the APR and intestinal health. The development and validation of assays for Ovt and apo-AIV and the shotgun data mean that these proteins can be further characterised in chickens with a view of applying their measurement to diagnostics and selective breeding programs.

Diet, microbes and gut immune responses in the pathogenesis of experimental type 1 diabetes

Type 1diabetes (T1D) is an autoimmune disease, which is influenced by a variety of environmental factors including diet and microbes. These factors affect the homeostasis and the immune system of the gut. This thesis explored the altered regulation of the immune system and the development of diabetes in non-obese diabetic (NOD) mice. Inflammation in the entire intestine of diabetes-prone NOD mice was studied using a novel ex-vivo imaging system of reactive oxygen and nitrogen species (RONS), in relation to two feeding regimens. In parallel, gut barrier integrity and intestinal T-cell activation were assessed. Extra-intestinal manifestations of inflammation and decreased barrier integrity were sought for by studying peritoneal leukocytes. In addition, the role of pectin and xylan as dietary factors involved in diabetes development in NOD mice was explored. NOD mice showed expression of RONS especially in the distal small intestine, which coincided with T-cell activation and increased permeability to macromolecules. The introduction of a casein hydrolysate (hydrolysed milk protein) diet reduced these phenomena, altered the gut microbiota and reduced the incidence of T1D. Extra-intestinally, macrophages appeared in large numbers in the peritoneum of NOD mice after weaning. Peritoneal macrophages (PM) expressed high levels of interleukin-1 receptor associated kinase M (IRAK-M), which was indicative of exposure to ligands of toll-like receptor 4 (TLR-4) such as bacterial lipopolysaccharide (LPS). Intraperitoneal LPS injections activated T cells in the pancreatic lymph nodes (PaLN) and thus, therefore potentially could activate islet-specific T cells. Addition of pectin and xylan to an otherwise diabetes-retarding semisynthetic diet affected microbial colonization of newly-weaned NOD mice, disturbed gut homeostasis and promoted diabetes development. These results help us to understand how diet and microbiota impact the regulation of the gut immune system in a way that might promote T1D in NOD mice.

Ethanolic extracts from three commercial edibe mushrooms: determination of ergosterol contente and evaluation of bioactives properties

Mushrooms are rich in several bioactive metabolites among them are phenolic compounds, terpenoids, polysaccharides, lectins, and steroids including mycosterols, namely ergosterol [1]. Ethanolic extracts prepared by maceration of several mushroom species have been recently described as having antiinflammatory properties [2]. In the present work, ethanolic extracts of Agaricus bisporus L., Lentinus edodes (Berk.) Pegler and Pleurotus ostreatus (Jacq. ex Fr.) P.Kumm., purchased from a local supermarket in the Northeast of Portugal, were obtained by Soxhlet and chemically characterized in terms of ergosterol content by HPLC-UV. The antioxidant properties of these extracts were evaluated through DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) radical scavenging activity (RSA), reducing power (RP), p. carotene bleaching inhibition (CBI) and lipid peroxidation inhibition in TBARS (thiobarbituric acid reactive substances) assay (LPI); the antioxidant activity of ergosterol was also evaluated by the DPPH assay. The anti-inflammatory activity of the same extracts and ergosterol was evaluated in LPS (lipopolysaccharide) stimulated RAW 264.7 macrophages, through the inhibition of NO production. A. bisporus revealed the highest content in ergosterol (44.8 ± 0.4 mg/ g extract) followed by P. ostreatus (34 ± 3 mg/ g extract) and finally L. edodes (8.9 ± 0.1 mg/ g extract). A. bisporus showed the highest RSA, RP and CBI (EC50 values= 7.0 ± 0.8, 2.3 ± 0.1 and 1.4 ± 0.1 mg/mL, respectively), while L. edodes presented the highest LPI (2.5 ± 0.1 mg/mL ); ergosterol revealed higher RSA (0.46±0. 0 I mg/mL) than the extracts. Concerning the anti-inflammatory potential, the most efficient species was L. edodes (lC50 value = 164 ± 16 J.lg/mL), followed by A. bisporus (185 ± 16 J.lg/mL) and finally P. ostreatus (290 ± 10 J.lg/mL). However, ergosterol presented lower activity (338 ± 23 J.lg/mL) due to its low solubility in the culture medium. The higher antioxidant properties displayed by A. bisporus can be related with its higher ergosterol content, while in the anti-inflammatory activity this relation cannot be established also due to the low solubility of ergosterol in the cells culture medium, decreasing the ergosterol availability. More studies are being conducted regarding the ergosterol solubility. Several compounds have been implicated in the bioactivity of mushrooms and in this study we have found that ergosterol can give an important contribution.

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.

Rotation of Vibrio fischeri Flagella Produces Outer Membrane Vesicles That Induce Host Development

Using the squid-vibrio association, we aimed to characterize the mechanism through which Vibrio fischeri cells signal morphogenesis of the symbiotic light-emitting organ. The symbiont releases two cell envelope molecules, peptidoglycan (PG) and lipopolysaccharide (LPS) that, within 12 h of light organ colonization, act in synergy to trigger normal tissue development. Recent work has shown that outer membrane vesicles (OMVs) produced by V. fischeri are sufficient to induce PG-dependent morphogenesis; however, the mechanism(s) of OMV release by these bacteria has not been described. Like several genera of both beneficial and pathogenic bacteria, V. fischeri cells elaborate polar flagella that are enclosed by an extension of the outer membrane, whose function remains unclear. Here, we present evidence that along with the well-recognized phenomenon of blebbing from the cell's surface, rotation of this sheathed flagellum also results in the release of OMVs. In addition, we demonstrate that most of the development-inducing LPS is associated with these OMVs and that the presence of the outer membrane protein OmpU but not the LPS O antigen on these OMVs is important in triggering normal host development. These results also present insights into a possible new mechanism of LPS release by pathogens with sheathed flagella. IMPORTANCE Determining the function(s) of sheathed flagella in bacteria has been challenging, because no known mutation results only in the loss of this outer membrane-derived casing. Nevertheless, the presence of a sheathed flagellum in such host-associated genera as Vibrio, Helicobacter, and Brucella has led to several proposed functions, including physical protection of the flagella and masking of their immunogenic flagellins. Using the squid-vibrio light organ symbiosis, we demonstrate another role, that of V. fischeri cells require rotating flagella to induce apoptotic cell death within surface epithelium, which is a normal step in the organ's development. Further, we present evidence that this rotation releases apoptosis-triggering lipopolysaccharide in the form of outer membrane vesicles. Such release may also occur by pathogens but with different outcomes for the host.

Efecto antiinflamatorio de extractos metanólicos de plantas de Azuay y Loja (Ecuador) a través del modelo de peces cebra

Los peces cebra son utilizados como modelo biológico para screening primario de extractos de plantas con potencial bioactividad, aprovechando sus similitudes: genética, fisiológica y respuesta farmacológica con los mamíferos. En el estudio se empleó este modelo para valorar la actividad antiinflamatoria de 36 extractos metanólicos de plantas medicinales utilizadas en las provincias de Azuay y Loja (Ecuador). Parte del material vegetal fue recolectado con el aporte de una hierbatera de etnia Saraguro. Los extractos fueron preparados por percolación y su toxicidad fue evaluada en peces cebra en concentraciones variables de 400 a 3,125 μg/ml, determinándose la máxima concentración tolerada para cada uno de ´estos. La actividad antiinflamatoria se evaluó a través del ensayo de migración leucocitaria inducida por lipopolisacárido de Sallmonella typhi. Los extractos de: Cestrum aff. peruvianum, Galinsoga parviflora, Galium sp., Oenothera tetraptera, Peperomia aff. galioides , Passiflora ampullaceae y Ambrosia arborescens, correspondientes al 18,92% de los analizados, mostraron un potencial antiinflamatorio comparable con indometacina y dexametasona; siendo el extracto metanólico de Cestrum aff. peruvianum el más relevante a 50 g/ml. El análisis fitoquímico básico de los extractos se realizó por cromatografía de capa fina, evidenciándose la presencia de saponinas y terpenoidoes como compuestos principales en la mayoría de los extractos.

Cytotoxic, anti-inflammatory and antioxidant activities of four different extracts of Galega officinalis L (Goat’s rue)

Purpose: To evaluate the cytotoxic, anti-inflammatory and antioxidant activities of four different solvent extracts obtained from the aerial parts of Galega officinalis L Methods: The hexane, DCM, methanol and water extracts of G. officinalis were successively obtained by soxhlet extraction method. The cytotoxic activity of the extracts was assessed against human lung carcinoma (A-549), human colorectal adenocarcinoma (HT-29), human brain glioblastoma (U-87), and colon adenocarcinoma (DLD-1) by Resazurine test. The antioxidant activity of extracts were determined by Folin-Ciocalteau, oxygen radical absorbing capacity (ORAC), and 2’.7’-dichlorofluorescin-diacetate (DCFH-DA) cell-based assay while their anti-inflammatory activity was determined by nitric oxide (NO) assay. Results: DCM extract showed strong cytotoxic activity against lung adenocarcinoma and brain glioblastoma cell lines, with IC50 (concentration inhibiting 50 % of cell growth) values of 11 ± 0.4 and 16 ± 3 μg/mL, respectively. The hexane extract showed moderate anticancer activity against the same cell lines (59 ± 13 and 63 ± 16 μg/mL, respectively). DCM extract also showed significant anti-inflammatory activity, inhibiting NO release by 86.7 % at 40 μg/mL in lipopolysaccharide (LPS) - stimulated murine RAW 264.7 macrophages. Of all test extracts, the methanol extract of G. officinalis showed the highest antioxidant activity with 2.33 ± 0.09 μmol Trolox/mg , 7.10 ± 0.9 g tannic acid equivalent (TAE), and IC50 of 44 ± 4 μg/mL. Conclusion: The findings of this study suggest that DCM extract may possess anticancer effect against lung adenocarcinoma and brain glioblastoma, as well as serve as an anti-inflammatory agent.

Anti-oxidative and anti-neuroinflammatory effects of ethyl acetate extract fractions of Suaeda asparagoides MIq

Purpose: To evaluate the in vitro antioxidant and anti-neuroinflammatory effects of Suaeda asparagoides ethylacetate extract (SAE) in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV-2 microglial cells. Methods: The antioxidative activity of SAE was evaluated by measuring 1, 1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl (DPPH) radical scavenging activity spectrometrometrically. Cell viability was evaluated by 3-(4, 5dimethylthiazol-2-yl)-2, 5- diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay, while LPS-stimulated BV-2 microglia were used to study the expression and production of inflammatory mediators, including nitric oxide (NO), inducible NO synthase (iNOS) and tumor necrosis alpha (TNF-α). Results: Pretreatment with SAE prior to LPS treatment significantly inhibited excessive production of NO (p < 0.001 at 20, 40, 80 and 100 μg/mL) in a dose-dependent manner, and was associated with down-regulation of expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS). SAE also suppressed the LPSinduced increase in TNF-α level (p < 0.01at concentrations of 40 and 80 μg/mL) in BV-2 cells. Furthermore, DPPH-generated free radicals were inhibited by SAE in a concentration-dependent manner. Conclusion: These results indicate that SAE possesses strong anti-oxidant properties, and inhibits excessive production of pro-inflammatory mediators, including NO, iNOS and TNF-α, in LPS-stimulated BV-2 cells

Overweight/obesity and HIV disease progression in HIV+ adults in Botswana

Studies indicate that overweight and obesity protect against HIV-disease progression in antiretroviral therapy (ART)-naïve patients. We examined retrospectively the relationship of overweight/obesity with HIV-disease progression in ART-naïve HIV+ adults in Botswana in a case-control study with 18-month follow-up, which included 217 participants, 139 with BMI 18.0-24.9 kg/m 2 and 78 with BMI ≥25 kg/m2. Archived plasma samples were used to determine inflammatory markers: leptin and bacterial endotoxin lipopolysaccharide (LPS), and genotype single nucleotide polymorphisms (SNPs) of the Fat Mass and Obesity Associated Gene (FTO). ^ At baseline, BMI was inversely associated with risk for AIDS-defining conditions (HR=0.218; 95%CI=0.068, 0.701, P=0.011), and higher fat mass was associated with reduced risk of the combined outcome of CD4+cell count ≤250/µL and AIDS-defining conditions, whichever occurred earlier (HR=0.918; 95%CI=0.847, 0.994, P=0.036) over 18 months, adjusting for age, gender, marriage, children, and baseline CD4+cell count and HIV-viral load. ^ FTO-SNP rs17817449 was associated with BMI (OR=1.082; 95%CI=1.001, 1.169; P=0.047). Fat mass was associated with the risk alleles of rs1121980 (OR=1.065; 95%CI=1.009, 1.125, P=0.021), rs8050136 (OR=1.078; 95%CI=1.021, 1.140; P=0.007), and rs17817449 (OR=1.086; 95%CI=1.031, 1.145; P=0.002), controlling for age, gender, tribe, total energy intake, and activity. There were no associations of SNPs with markers of disease progression. ^ Leptin levels were positively associated with BMI (β=1.764; 95%CI=0.788, 2.739; P=0.022) and fat mass (β=0.112; 95%CI=0.090, 0.135; P<0.001), but inversely with viral load (β=-0.305; 95%CI=-0.579, -.031; P=0.030). LPS levels were inversely associated with BMI (OR=0.790, 95%CI=0.630, 0.990; P=0.041), and fat mass (OR=0.852, 95%CI=0.757, 0.958; P=0.007) and directly with viral load (OR=2.608, 95%CI=1.111, 6.124; P=0.028), adjusting for age, gender, smoking and %fat mass. ^ In this cohort, overweight/obesity predicted slower HIV-disease progression. Obesity may confer an advantage in maintaining fat stores to support the overactive immune system. FTO-SNPs may contribute to the variation in fat mass; however, they were not associated with HIV-disease progression. Our findings suggest that the obesity paradox may be explained by the association of increased LPS with lower BMI and higher viral load; while viral load decreased with increasing leptin levels. Studies in African populations are needed to clarify whether genetic variation and inflammation mediate the obesity paradox in HIV-disease progression.^

Postprandial serum endotoxin in healthy humans is modulated by dietary fat in a randomized, controlled, cross-over study

Background: High-fat diets may contribute to metabolic disease via postprandial changes in serum endotoxin and inflammation. It is unclear how dietary fat composition may alter these parameters. We hypothesized that a meal rich in n-3 (ω3) fatty acids would reduce endotoxemia and associated inflammation but a saturated or n-6 (ω6) fatty acid-rich meal would increase postprandial serum endotoxin concentrations and systemic inflammation in healthy adults. Methods: Healthy adults (n = 20; mean age 25 ± 3.2 S.D. years) were enrolled in this single-blind, randomized, cross-over study. Participants were randomized to treatment and reported to the laboratory, after an overnight fast, on four occasions separated by at least one week. Participants were blinded to treatment meal and consumed one of four isoenergetic meals that provided: 1) 20 % fat (control; olive oil) or 35 % fat provided from 2) n-3 (ω3) (DHA = 500 mg; fish oil); 3) n-6 (ω6) (7.4 g; grapeseed oil) or 4) saturated fat (16 g; coconut oil). Baseline and postprandial blood samples were collected. Primary outcome was defined as the effect of treatment meal on postprandial endotoxemia. Serum was analyzed for metabolites, inflammatory markers, and endotoxin. Data from all 20 participants were analyzed using repeated-measures ANCOVA. Results: Participant serum endotoxin concentration was increased during the postprandial period after the consumption of the saturated fat meal but decreased after the n-3 meal (p < 0.05). The n-6 meal did not effect a different outcome in participant postprandial serum endotoxin concentration from that of the control meal (p > 0.05). There was no treatment meal effect on participant postprandial serum biomarkers of inflammation. Postprandial serum triacylglycerols were significantly elevated following the n-6 meal compared to the n-3 meal. Non-esterified fatty acids were significantly increased after consumption of the saturated fat meal compared to other treatment meals. Conclusions: Meal fatty acid composition modulates postprandial serum endotoxin concentration in healthy adults. However, postprandial endotoxin was not associated with systemic inflammation in vivo. Trial registration: This study was retrospectively registered at clinicaltrials.gov as NCT02521779 on July 28, 2015.