Desorption/ionization on silicon (DIOS): A diverse mass spectrometry platform for protein characterization

Since the advent of matrix-assisted laser desorption/ionization and electrospray ionization, mass spectrometry has played an increasingly important role in protein functional characterization, identification, and structural analysis. Expanding this role, desorption/ionization on silicon (DIOS) is a new approach that allows for the analysis of proteins and related small molecules. Despite the absence of matrix, DIOS-MS yields little or no fragmentation and is relatively tolerant of moderate amounts of contaminants commonly found in biological samples. Here, functional assays were performed on an esterase, a glycosidase, a lipase, as well as exo- and endoproteases by using enzyme-specific substrates. Enzyme activity also was monitored in the presence of inhibitors, successfully demonstrating the ability of DIOS to be used as an inhibitor screen. Because DIOS is a matrix-free desorption technique, it also can be used as a platform for multiple analyses to be performed on the same protein. This unique advantage was demonstrated with acetylcholine esterase for qualitative and quantitative characterization and also by its subsequent identification directly from the DIOS platform.

Electrostatic steering and ionic tethering in enzyme–ligand binding: Insights from simulations

To bind at an enzyme’s active site, a ligand must diffuse or be transported to the enzyme’s surface, and, if the binding site is buried, the ligand must diffuse through the protein to reach it. Although the driving force for ligand binding is often ascribed to the hydrophobic effect, electrostatic interactions also influence the binding process of both charged and nonpolar ligands. First, electrostatic steering of charged substrates into enzyme active sites is discussed. This is of particular relevance for diffusion-influenced enzymes. By comparing the results of Brownian dynamics simulations and electrostatic potential similarity analysis for triose-phosphate isomerases, superoxide dismutases, and β-lactamases from different species, we identify the conserved features responsible for the electrostatic substrate-steering fields. The conserved potentials are localized at the active sites and are the primary determinants of the bimolecular association rates. Then we focus on a more subtle effect, which we will refer to as “ionic tethering.” We explore, by means of molecular and Brownian dynamics simulations and electrostatic continuum calculations, how salt links can act as tethers between structural elements of an enzyme that undergo conformational change upon substrate binding, and thereby regulate or modulate substrate binding. This is illustrated for the lipase and cytochrome P450 enzymes. Ionic tethering can provide a control mechanism for substrate binding that is sensitive to the electrostatic properties of the enzyme’s surroundings even when the substrate is nonpolar.

The cell wall components peptidoglycan and lipoteichoic acid from Staphylococcus aureus act in synergy to cause shock and multiple organ failure.

Although the incidence of Gram-positive sepsis has risen strongly, it is unclear how Gram-positive organisms (without endotoxin) initiate septic shock. We investigated whether two cell wall components from Staphylococcus aureus, peptidoglycan (PepG) and lipoteichoic acid (LTA), can induce the inflammatory response and multiple organ dysfunction syndrome (MODS) associated with septic shock caused by Gram-positive organisms. In cultured macrophages, LTA (10 micrograms/ml), but not PepG (100 micrograms/ml), induces the release of nitric oxide measured as nitrite. PepG, however, caused a 4-fold increase in the production of nitrite elicited by LTA. Furthermore, PepG antibodies inhibited the release of nitrite elicited by killed S. aureus. Administration of both PepG (10 mg/kg; i.v.) and LTA (3 mg/kg; i.v.) in anesthetized rats resulted in the release of tumor necrosis factor alpha and interferon gamma and MODS, as indicated by a decrease in arterial oxygen pressure (lung) and an increase in plasma concentrations of bilirubin and alanine aminotransferase (liver), creatinine and urea (kidney), lipase (pancreas), and creatine kinase (heart or skeletal muscle). There was also the expression of inducible nitric oxide synthase in these organs, circulatory failure, and 50% mortality. These effects were not observed after administration of PepG or LTA alone. Even a high dose of LTA (10 mg/kg) causes only circulatory failure but no MODS. Thus, our results demonstrate that the two bacterial wall components, PepG and LTA, work together to cause systemic inflammation and multiple systems failure associated with Gram-positive organisms.

Initial hepatic removal of chylomicron remnants is unaffected but endocytosis is delayed in mice lacking the low density lipoprotein receptor.

Two endocytic receptors, the low density lipoprotein (LDL) receptor (LDLR) and the LDLR-related protein (LRP), are thought to act in concert in the hepatic uptake of partially metabolized dietary lipoproteins, the chylomicron remnants. We have evaluated the role of these two receptors in the hepatic metabolism of chylomicron remnants in normal mice and in LDLR-deficient [LDLR (-/-)] mice. The rate of chylomicron remnant removal by the liver was normal up to 30 min after intravenous injection of chylomicrons into LDLR (-/-) mice and was unaffected by receptor-associated protein (RAP), a potent inhibitor of ligand binding to LRP. In contrast, endocytosis of the remnants by the hepatocytes, measured by their accumulation in the endosomal fraction and by the rate of hydrolysis of component cholesteryl esters, was dramatically reduced in the absence of the LDLR. Coadministration of RAP prevented the continuing hepatic removal of chylomicron remnants in LDL (-/-) mice after 30 min, consistent with blockade of the slow endocytosis by a RAP-sensitive process. Taken together with previous studies, our results are consistent with a model in which the initial hepatic removal of chylomicron remnants is primarily mediated by mechanisms that do not include LDLR or LRP, possibly involving glycosaminoglycan-bound hepatic lipase and apolipoprotein E. After the remnants bind to these alternative sites on the hepatocyte surface, endocytosis is predominantly mediated by the LDLR and also by a slower and less efficient backup process that is RAP sensitive and therefore most likely involves LRP.

Pancreatic digestive enzyme secretion in the rabbit: rapid cyclic variations in enzyme composition.

The role and mechanism of nonparallel pancreatic secretion of digestive enzymes, in which enzyme proportions change in rapidly regulated fashion, remain controversial. Secretion was collected from male 2.2-kg New Zealand rabbits in 5-min intervals for 3 h under basal conditions or constant stimulation with cholecystokinin (CCK; 0.1 microgram per kg per h i.v.) or methacholine chloride (MCh; 40 micrograms per kg per h i.v.). Both CCK and MCh produced an 8-fold stimulation of protein output. Enzymes were separated by SDS/PAGE and quantitated by densitometry of Coomassie blue-stained gels. Under both basal conditions and constant MCh infusion, rapid neurosecretory-like 12-min cyclic changes occurred in the proportions of amylase, lipase I, chymotrypsinogen, and trypsinogen. During constant infusion their percentages changed as much as 10-fold, and their ratios cycled by as much as 30-fold. The mean percentage for the entire infusion period for lipase I declined > 25% with CCK or MCh, for amylase it rose approximately 30%, and for chymotrypsinogen and trypsinogen it doubled (for all, P < 0.05). CCK and MCh elicited subtly but significantly different mean enzyme percentages and enzyme ratios (P < 0.05) for amylase, chymotrypsinogen, and trypsinogen; these differences were also confirmed by regression and correlation analyses. The changes in enzyme percentages and ratios were explicitly consistent with secretagogue-caused shifts in the intrapancreatic enzyme secretory sources. Nonparallel secretion of digestive enzymes occurs routinely, even during constant stimulation, and is due to cyclic neurosecretory-like secretion from heterogeneous intrapancreatic sources.

Application of Molecular Modelling studies to the search of novel approaches for neuroprotection and stem cells applications

Il lavoro di ricerca presentato in questa tesi di dottorato riguarda l'applicazione di studi di modellistica molecolare per l'individuazione di nuovi approcci farmacologici nel campo della neuroprotezione e del controllo della proliferazione di cellule staminali. Durante il mio dottorato di ricerca, mi sono concentrata sullo studio del sistema degli endocannabinoidi come target per lo sviluppo di nuovi trattamenti neuroprotettivi. In particolare, la mia ricerca ha avuto come obiettivo la modulazione dei livelli di 2-arachidonilglicerolo e arachidonil-etanolamide tramite l'inibizione degli enzimi MGL (monoglyceride lipase) e FAAH (fatty acid amide hydrolase). Il mio progetto di ricerca comprende anche studi di modellistica molecolare per l'individuazione di piccole molecole in grado di inibire il complesso proteina-proteina YAP-TEAD. Tale complesso, coinvolto nei sistemi di regolazione della proliferazione cellulare, rappresenta un target di cruciale importanza nel controllo della proliferazione e differenziazione di cellule staminali e, al tempo stesso, nel controllo dell'espansione tumorale

Avaliação da qualidade microbiológica, contagem de Pseudomonas spp, e sua importância durante a obtenção e armazenamento de leite cru refrigerado no período de seca e chuva

Na propriedade rural, onde o leite cru refrigerado fica armazenado até a captação pelo caminhão tanque em coleta a granel, o mesmo é mantido a temperatura de refrigeração entre 1 a 4ºC por longos períodos (até 96 horas), os microrganismos psicrotróficos encontram condições favoráveis para sua multiplicação, produzindo enzimas proteolíticas e lipolíticas termotolerantes, podendo provocar alterações indesejáveis no leite e nos seus derivados. Quando estes microrganismos estão presentes em elevadas populações, pode ser indicativo de baixa qualidade do leite e insatisfatória condições sanitárias para o processamento. Devido a necessidade da melhora da qualidade dos produtos lácteos, objetivou-se a execução desta pesquisa realizando levantamentos sobre o cumprimento dos padrões microbiológicos exigidos pela atual legislação brasileira IN 62 (BRASIL, 2011), pesquisas sobre os microrganismos psicrotróficos, Pseudomonas spp. e produção de enzimas proteolítica e lipolítica por Pseudomonas spp. As coletas foram realizadas em 10 propriedades do Estado de São Paulo na Regional Agrícola do Escritório de Desenvolvimento Rural - EDR Limeira - SP, sendo, 5 propriedades com ordenha manual e 5 propriedades com ordenha mecânica, nos períodos de chuva e seca e em vários pontos durante a obtenção do leite cru refrigerado e também do leite com intervalo de 24 horas até a captação deste leite pelo caminhão. As médias das populações dos microrganismos mesófilos na ordenha manual, foi diferente estatisticamente significativo no leite recém ordenhado (1,52×106 UFC.mL-1) para o leite com 24 horas de armazenamento (2,67×107 UFC.mL-1) no período chuvoso, e na ordenha mecânica, o encontrado foi uma diferença estatisticamente significativa no leite recém ordenhado (3,87×106 UFC.mL-1) para o leite com 24 horas de armazenamento (9,82×108 UFC.mL-1) também no período chuvoso. Nas populações dos microrganismos psicrotróficos, suas médias diferiram estatisticamente na ordenha manual no período da chuva no leite recém ordenhado (1,48×104 UFC.mL-1) para o leite com 48 horas de armazenamento (1,49×105 UFC.mL-1) e na ordenha mecânica, o leite recém ordenhado (8,74×103 UFC.mL-1), com 24 horas de armazenamento (4,33×104 UFC.mL-1) não diferiram entre si e foram diferentes estatisticamente do leite com 48 horas de armazenamento (3,46×105 UFC.mL-1) apresentaram valor elevado, principalmente quando o leite cru refrigerado permanece por longos períodos de armazenamento na propriedade rural, que pode ser um sério fator de comprometimento pela produção de lipases ou proteases principalmente pelas Pseudomonas spp. onde em todos os pontos amostrados foram isolados este microrganismo produzindo enzimas (lipase e/ou protease). A maior porcentagem de atividade lipolítica foi verificada no período seco, já a maior porcentagem de atividade proteolítica foi verificada no período chuvoso. Contudo, deve-se intensificar as medidas de autocontrole para minimizar os efeitos dos microrganismos mesófilos e psicrotróficos sobre a qualidade do leite cru refrigerado e, consequentemente, de seus derivados.

Estudos visando à síntese de sesquiterpenos bacanos

Nesta tese, efetuamos estudos visando à síntese de sesquiterpenos bacanos, cuja etapa chave consistiu na construção do sistema cis-hidrindânico, através de reação de contração de anel de cis-octalinas e 2-octalonas mediada por trinitrato de tálio (TTN). Apenas as cis-octalinas como, por exemplo, o cis-4a-metil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octahidronaftaleno e o cis-4a, 7-dimetil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octa-hidronaftaleno, foram passíveis de reação de contração de anel em rendimentos satisfatórios; já a cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona levou ao produto de contração em baixo rendimento. Tentamos utilizar a reação de cis-4a-metil-l,2,3,4,4a,5,8,8a-octa-hidronaftaleno com TTN na síntese da nor-baquenolida-A, porém não conseguimos completar a síntese desta, pois não foi possível efetuar a última etapa sintética, nas várias abordagens testadas. Grandes esforços também foram empregados na preparação diastereosseletiva da cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona através de três abordagens diferentes que foram investigadas, sendo duas delas com êxito. Contudo, o baixo rendimento (38%) da etapa de contração de anel da cis-5,10-dimetil-l(9)-octal-2-ona não permitiu a continuação da rota sintética proposta para a baquenolida-A. Também realizamos a resolução cinética de três diferentes cis-octalóis que foram preparados através da reação de Diels-Alder seguida de redução diastereosseletiva - com a lipase Novozym 435, e os produtos resolvidos foram obtidos em excelentes rendimentos isolados (≥ 40% para cada enantiômero) e excelentes excessos enantioméricos (≥ 98%).

Biotransformações na obtenção de hidróxi-selenetos e hidróxi-teluretos quirais

Neste trabalho foi estudado o comportamento de hidróxi-calcogenetos (Se e Te) frente a biotransformações, empregando enzimas isoladas em meio orgânico ou aquoso e empregando microorganismos (fungos). Estudos comparativos sobre a influência de diversas variáveis, como solvente, temperatura, imobilização enzimática e estrutura do hidróxi-calcogeneto, foram realizados. Inicialmente os compostos foram sintetizados utilizando métodos descritos na literatura, em seguida foi estudada a resolução de hidróxiselenetos em meio orgânico empregando lipases isoladas (Esquema 1), (ver arquivo), incluindo um estudo de imobilização da PSL em diversos suportes, além do estudo da influência da variação do solvente, da temperatura, da lipase, etc. Na resolução em meio aquoso empregando enzimas isoladas, primeiramente os hidróxi-selenetos foram acetilados quimicamente e depois realizado uma triagem (com dez enzimas de diferentes fontes) empregando indicador de pH colori métrico. Posteriormente os acetatos dos hidróxi-selenetos (Esquema 2) (ver arquivo) foram submetidos à resolução enzimática em meio aquoso empregando as enzimas que foram selecionadas na triagem enzimática. As biotransformações utilizando fungos foram realizadas empregando células inteiras de algumas linhagens de Aspergillus terreus. Na seqüência foi realizada a resolução de hidróxi-teluretos em meio orgânico utilizando lipases isoladas (Esquema 3)(ver arquivo). Nessas resoluções também foi estudada a influência da variação do solvente, da lipase, do tempo, etc. De forma a demonstrar a importância dos compostos resolvidos, um hidróxi-seleneto quiral e dois hidróxi-teluretos quirais foram usados para preparar compostos pertencentes a classes de unidades estruturais de vasta ocorrência em produtos naturais: um álcool alílico e duas lactonas (Esquema 4)(ver arquivo).

Hydrogen Peroxide in Biocatalysis. A Dangerous Liaison

Hydrogen peroxide is a substrate or side-product in many enzyme-catalyzed reactions. For example, it is a side-product of oxidases, resulting from the re-oxidation of FAD with molecular oxygen, and it is a substrate for peroxidases and other enzymes. However, hydrogen peroxide is able to chemically modify the peptide core of the enzymes it interacts with, and also to produce the oxidation of some cofactors and prostetic groups (e.g., the hemo group). Thus, the development of strategies that may permit to increase the stability of enzymes in the presence of this deleterious reagent is an interesting target. This enhancement in enzyme stability has been attempted following almost all available strategies: site-directed mutagenesis (eliminating the most reactive moieties), medium engineering (using stabilizers), immobilization and chemical modification (trying to generate hydrophobic environments surrounding the enzyme, to confer higher rigidity to the protein or to generate oxidation-resistant groups), or the use of systems capable of decomposing hydrogen peroxide under very mild conditions. If hydrogen peroxide is just a side-product, its immediate removal has been reported to be the best solution. In some cases, when hydrogen peroxide is the substrate and its decomposition is not a sensible solution, researchers coupled one enzyme generating hydrogen peroxide “in situ” to the target enzyme resulting in a continuous supply of this reagent at low concentrations thus preventing enzyme inactivation. This review will focus on the general role of hydrogen peroxide in biocatalysis, the main mechanisms of enzyme inactivation produced by this reactive and the different strategies used to prevent enzyme inactivation caused by this “dangerous liaison”.

Neurospora crassa transcriptomics reveals oxidative stress and plasma membrane homeostasis biology genes as key targets in response to chitosan

Chitosan is a natural polymer with antimicrobial activity. Chitosan causes plasma membrane permeabilization and induction of intracellular reactive oxygen species (ROS) in Neurospora crassa. We have determined the transcriptional profile of N. crassa to chitosan and identified the main gene targets involved in the cellular response to this compound. Global network analyses showed membrane, transport and oxidoreductase activity as key nodes affected by chitosan. Activation of oxidative metabolism indicates the importance of ROS and cell energy together with plasma membrane homeostasis in N. crassa response to chitosan. Deletion strain analysis of chitosan susceptibility pointed NCU03639 encoding a class 3 lipase, involved in plasma membrane repair by lipid replacement, and NCU04537 a MFS monosaccharide transporter related to assimilation of simple sugars, as main gene targets of chitosan. NCU10521, a glutathione S-transferase-4 involved in the generation of reducing power for scavenging intracellular ROS is also a determinant chitosan gene target. Ca2+ increased tolerance to chitosan in N. crassa. Growth of NCU10610 (fig 1 domain) and SYT1 (a synaptotagmin) deletion strains was significantly increased by Ca2+ in the presence of chitosan. Both genes play a determinant role in N. crassa membrane homeostasis. Our results are of paramount importance for developing chitosan as an antifungal.

Omics for Investigating Chitosan as an Antifungal and Gene Modulator

Chitosan is a biopolymer with a wide range of applications. The use of chitosan in clinical medicine to control infections by fungal pathogens such as Candida spp. is one of its most promising applications in view of the reduced number of antifungals available. Chitosan increases intracellular oxidative stress, then permeabilizes the plasma membrane of sensitive filamentous fungus Neurospora crassa and yeast. Transcriptomics reveals plasma membrane homeostasis and oxidative metabolism genes as key players in the response of fungi to chitosan. A lipase and a monosaccharide transporter, both inner plasma membrane proteins, and a glutathione transferase are main chitosan targets in N. crassa. Biocontrol fungi such as Pochonia chlamydosporia have a low content of polyunsaturated free fatty acids in their plasma membranes and are resistant to chitosan. Genome sequencing of P. chlamydosporia reveals a wide gene machinery to degrade and assimilate chitosan. Chitosan increases P. chlamydosporia sporulation and enhances parasitism of plant parasitic nematodes by the fungus. Omics studies allow understanding the mode of action of chitosan and help its development as an antifungal and gene modulator.

Développement et utilisation de modèles in vitro et de données précliniques pour augmenter la prédictibilité de la perméabilité et du métabolisme intestinal chez l'humain

Tout médicament administré par la voie orale doit être absorbé sans être métabolisé par l’intestin et le foie pour atteindre la circulation systémique. Malgré son impact majeur sur l’effet de premier passage de plusieurs médicaments, le métabolisme intestinal est souvent négligé comparativement au métabolisme hépatique. L’objectif de ces travaux de maîtrise est donc d’utiliser, caractériser et développer différents outils in vitro et in vivo pour mieux comprendre et prédire l’impact du métabolisme intestinal sur l’effet de premier passage des médicaments comparé au métabolisme hépatique. Pour se faire, différents substrats d’enzymes du métabolisme ont été incubés dans des microsomes intestinaux et hépatiques et des différences entre la vitesse de métabolisme et les métabolites produits ont été démontrés. Afin de mieux comprendre l’impact de ces différences in vivo, des études mécanistiques chez des animaux canulés et traités avec des inhibiteurs enzymatiques ont été conduites avec le substrat métoprolol. Ces études ont démontré l’impact du métabolisme intestinal sur le premier passage du métoprolol. De plus, elles ont révélé l’effet sur la vidange gastrique du 1-aminobenzotriazole, un inhibiteur des cytochromes p450, évitant ainsi une mauvaise utilisation de cet outil dans le futur. Ces travaux de maîtrise ont permis d’améliorer les connaissances des différents outils in vitro et in vivo pour étudier le métabolisme intestinal tout en permettant de mieux comprendre les différences entre le rôle de l’intestin et du foie sur l’effet de premier passage.

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.