Descrição do resistoma de solo de Cerrado stricto sensu e o potencial de dioxigenases metagenômicas na resistência antimicrobiana e em processos de biorremediação

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

THERMODYNAMICS AND APPLICATION OF A PAIR OF SYNTHETIC NUCLEOBASES FROM ARTIFICIALLY EXPANDED GENETIC INFORMATION SYSTEM

UV-melting experiments were performed on 9-mer duplexes containing a pair of synthetic nucleobases P·Z, two members of Expanded Genetic Information System (AEGIS), or P, Z containing mismatches. Enthalpy, entropy and free energy change were derived from simulation using two-state transition model. Nearest neighbor thermodynamic parameters of trimers or tetramers containing P·Z pair or P, Z containing mismatches were derived based on known nearest neighbor parameters. Proposed structures based on thermodynamic parameters are discussed. An application using P·Z pair as reverse selection tool of desired nucleic acid secondary structure is described.

Exploring the Function and Regulation of Arabidopsis EIN2 in Ethylene Signaling

Ethylene is an essential plant hormone involved in nearly all stages of plant growth and development. EIN2 (ETHYLENE INSENSITIVE2) is a master positive regulator in the ethylene signaling pathway, consisting of an N-terminal domain and a C-terminal domain. The EIN2 N-terminal domain localizes to the endoplasmic reticulum (ER) membrane and shows sequence similarity to Nramp metal ion transporters. The cytosolic C-terminal domain is unique to plants and signals downstream. There have been several major gaps in our knowledge of EIN2 function. It was unknown how the ethylene signal gets relayed from the known upstream component CTR1 (CONSTITUTIVE RESPONSE1) a Ser/Thr kinase at the ER, to EIN2. How the ethylene signal was transduced from EIN2 to the next downstream component transcription factor EIN3 (ETHYLENE INSENSITIVE3) in the nucleus was also unknown. The N-terminal domain of EIN2 shows homology to Nramp metal ion transporters and whether EIN2 can also function as a metal transporter has been a question plaguing the ethylene field for almost two decades. Here, EIN2 was found to interact with the CTR1 protein kinase, leading to the discovery that CTR1 phosphorylates the C-terminal domain of EIN2 in Arabidopsis thaliana. Using tags at the termini of EIN2, it was deduced that in the presence of ethylene, the EIN2 C-terminal domain is cleaved and translocates into the nucleus, where it could somehow activate downstream ethylene responses. The EIN2 C-terminal domain interacts with nuclear proteins, RTE3 and EER5, which are components of the TREX-2 mRNA export complex, although the role of these interactions remains unclear. The EIN2 N-terminal domain was found to be capable of divalent metal transport when expressed in E. coli and S. cerevisiae leading to the hypothesis that metal transport plays a role in ethylene signaling. This hypothesis was tested using a novel missense allele, ein2 G36E, substituting a highly conserved residue that is required for metal transport in Nramp proteins. This G36E substitution did not disrupt metal ion transport of EIN2, but the ethylene insensitive phenotype of this mutant indicates that the EIN2 N-terminal domain is important for positively regulating the C-terminal domain. The defect of the ein2 G36E mutant does not prevent proper expression or subcellular localization, but might affect protein modifications. The ein2 G36E allele is partially dominant, mostly likely displaying haploinsufficiency. Overexpression of the EIN2 N-terminal domain in the ein2 G36E mutant did not rescue ethylene insensitivity, suggesting the N-terminal domain functions in cis to regulate the C-terminal domain. These findings advance our knowledge of EIN2, which is critical to understanding ethylene signaling.

Novel Mutation in the ATP-Binding Cassette Transporter A3 (ABCA3) Encoding Gene Causes Respiratory Distress Syndrome in A Term Newborn in Southwest Iran

Introduction: ABCA3 glycoprotein belongs to the ATP-binding cassette (ABC) superfamily of transporters, which utilize the energy derived from hydrolysis of ATP for the translocation of a wide variety of substrates across the plasma membrane. Mutations in the ABCA3 gene are knowingly causative for fatal surfactant deficiency, particularly respiratory distress syndrome (RDS) in term babies. Case Presentation: In this study, Sanger sequencing of the whole ABCA3 gene (NCBI NM_001089) was performed in a neonatal boy with severe RDS. A homozygous mutation has been identified in the patient. Parents were heterozygous for the same missense mutation GGA > AGA at position 202 in exon 6 of the ABCA3 gene (c.604G > A; p.G202R). Furthermore, 70 normal individuals have been analyzed for the mentioned change with negative results. Conclusions: Regarding Human Genome Mutation Database (HGMD) and other literature recherche, the detected change is a novel mutation and has not been reported before. Bioinformatics mutation predicting tools prefer it as pathogenic.

Effect of Dioscorea tokoro Makino extract on hyperuricemia in mice

Purpose: To investigate the anti-hyperuricemic effect of Dioscorea tokoro Makino extract (DTME) in potassium oxonate-induced hyperuricemic mice. Method: The effect of DTME was investigated in the hyperuricemic mice induced by potassium oxonate. DTME. The extract was administered to the mice daily at doses of 220, 440 and 880 mg/kg for 10 days; allopurinol (5 mg/kg) was given as positive control. Serum and urine levels of uric acid and creatinine were determined by colorimetric method. Simultaneously, protein levels of urate transporter 1 (URAT1) and organic anion transporter 1 (OAT1) in the rat kidney were analyzed by Western blotting. Results: Compared with control, a high dose of DTME inhibited xanthine oxidase (XOD) activity in both serum (18.12 ± 1.33 U/L) and in liver (70.15 ± 5.20 U/g protein) (p < 0.05); decreased levels of serum uric acid (2.04 ± 0.64 mg/L) (p < 0.05), serum creatinine (0.35 ± 0.18 μmol/L) and blood urea nitrogen (BUN) (8.83 ± 0.71 mmol/L) (p < 0.05). Furthermore, the extract increased levels of urine uric acid (38.34 ± 8.23 mg/L), urine creatinine (34.38 ± 1.98 mmol/L), down regulated of URAT1 and up regulated of OAT1 protein expressions (p < 0.05) in the renal tissue of hyperuricemic mice. Conclusion: DTME improves renal dysfunction in rats by regulating renal urate transporters in hyperuricemic rats. This may find therapeutic application in antihypertensive therapy.

The human organic cation transporter OCT1 mediates high affinity uptake of the anticancer drug daunorubicin

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines.

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

L’exploitation d’un modèle de levure présentant une déficience de l’absorption des anthracyclines révèle qu’une protéine de Caenorhabditis elegans, OCT-1, est un transporteur fonctionnel d’anthracyclines

Les anthracyclines, comme la doxorubicine (DOX) ou la daunorubicine (DNR), sont utilisées dans le traitement d’une grande variété de cancers allant des lymphomes, au cancer du sein, en passant par certaines leucémies. Encore aujourd’hui, beaucoup pensent que les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive, toutefois, la plupart de ces mêmes personnes sont d’accord pour dire que la p-glycoprotéine est responsable d’exporter ces molécules hors de la cellule. Mais pourquoi une molécule aurait besoin d’un transporteur pour sortir de la cellule, et pas pour y entrer ? Qu’est-ce qui ferait que la diffusion passive fonctionnerait dans un sens, mais pas dans l’autre, d’autant que l’entrée des anthracyclines dans les cellules est très rapide ? Nous pensons qu’il existe bel et bien un transporteur responsable de faire passer les anthracyclines du milieu extracellulaire au cytoplasme, et nous voulons développer un modèle de levure qui permettrait de déterminer si une protéine, un transporteur, issue d’un autre organisme eucaryote est en mesure de transporter la DOX à l’intérieur de la cellule. Pour ce faire, nous avons rassemblé un groupe de mutants présentant une déficience dans l’absorption d’autres molécules chargées positivement telles que la bléomycine ou le NaD1 et avons déterminé le taux d’absorption de DOX de chacun de ces mutants. Les simples mutants sam3Δ ou dur3Δ n’ont montré qu’une faible réduction de l’absorption de DOX, voire, aucune, par rapport à la souche parentale. Si le double mutant sam3Δdur3Δ a montré une réduction relativement importante de l’absorption de DOX, c’est le mutant agp2Δ qui présentait la plus grande réduction d’absorption de DOX, ainsi qu’une résistance notable à son effet létal. Nous avons utilisé, par la suite, ce mutant pour exprimer, à l’aide d’un vecteur d’expression, une protéine du ver Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). Les résultats ont montré que cette protéine était en mesure de restaurer l’absorption de DOX, compromise chez le mutant agp2Δ ainsi que d’augmenter la sensibilité de la souche parentale à son effet létal, lorsqu’exprimée chez celle-ci. Cela suggère que CeOCT-1 est un transporteur fonctionnel de DOX et contredit également le dogme selon lequel les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive.

A THEORETICAL STUDY OF INTERACTION OF NANOPARTICLES WITH BIOMOLECULE

Many types of materials at nanoscale are currently being used in everyday life. The production and use of such products based on engineered nanomaterials have raised concerns of the possible risks and hazards associated with these nanomaterials. In order to evaluate and gain a better understanding of their effects on living organisms, we have performed first-principles quantum mechanical calculations and molecular dynamics simulations. Specifically, we will investigate the interaction of nanomaterials including semiconducting quantum dots and metallic nanoparticles with various biological molecules, such as dopamine, DNA nucleobases and lipid membranes. Firstly, interactions of semiconducting CdSe/CdS quantum dots (QDs) with the dopamine and the DNA nucleobase molecules are investigated using similar quantum mechanical approach to the one used for the metallic nanoparticles. A variety of interaction sites are explored. Our results show that small-sized Cd4Se4 and Cd4S4 QDs interact strongly with the DNA nucleobase if a DNA nucleobase has the amide or hydroxyl chemical group. These results indicate that these QDs are suitable for detecting subcellular structures, as also reported by experiments. The next two chapters describe a preparation required for the simulation of nanoparticles interacting with membranes leading to accurate structure models for the membranes. We develop a method for the molecular crystalline structure prediction of 1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphorylcholine (DMPC), 1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphorylethanolamine (DMPE) and cyclic di-amino acid peptide using first-principles methods. Since an accurate determination of the structure of an organic crystal is usually an extremely difficult task due to availability of the large number of its conformers, we propose a new computational scheme by applying knowledge of symmetry, structural chemistry and chemical bonding to reduce the sampling size of the conformation space. The interaction of metal nanoparticles with cell membranes is finally carried out by molecular dynamics simulations, and the results are reported in the last chapter. A new force field is developed which accurately describes the interaction forces between the clusters representing small-sized metal nanoparticles and the lipid bilayer molecules. The permeation of nanoparticles into the cell membrane is analyzed together with the RMSD values of the membrane modeled by a lipid bilayer. The simulation results suggest that the AgNPs could cause the same amount of deformation as the AuNPs for the dysfunction of the membrane.

The human organic cation transporter OCT1 mediates high affinity uptake of the anticancer drug daunorubicin

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines.

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

L’exploitation d’un modèle de levure présentant une déficience de l’absorption des anthracyclines révèle qu’une protéine de Caenorhabditis elegans, OCT-1, est un transporteur fonctionnel d’anthracyclines

Les anthracyclines, comme la doxorubicine (DOX) ou la daunorubicine (DNR), sont utilisées dans le traitement d’une grande variété de cancers allant des lymphomes, au cancer du sein, en passant par certaines leucémies. Encore aujourd’hui, beaucoup pensent que les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive, toutefois, la plupart de ces mêmes personnes sont d’accord pour dire que la p-glycoprotéine est responsable d’exporter ces molécules hors de la cellule. Mais pourquoi une molécule aurait besoin d’un transporteur pour sortir de la cellule, et pas pour y entrer ? Qu’est-ce qui ferait que la diffusion passive fonctionnerait dans un sens, mais pas dans l’autre, d’autant que l’entrée des anthracyclines dans les cellules est très rapide ? Nous pensons qu’il existe bel et bien un transporteur responsable de faire passer les anthracyclines du milieu extracellulaire au cytoplasme, et nous voulons développer un modèle de levure qui permettrait de déterminer si une protéine, un transporteur, issue d’un autre organisme eucaryote est en mesure de transporter la DOX à l’intérieur de la cellule. Pour ce faire, nous avons rassemblé un groupe de mutants présentant une déficience dans l’absorption d’autres molécules chargées positivement telles que la bléomycine ou le NaD1 et avons déterminé le taux d’absorption de DOX de chacun de ces mutants. Les simples mutants sam3Δ ou dur3Δ n’ont montré qu’une faible réduction de l’absorption de DOX, voire, aucune, par rapport à la souche parentale. Si le double mutant sam3Δdur3Δ a montré une réduction relativement importante de l’absorption de DOX, c’est le mutant agp2Δ qui présentait la plus grande réduction d’absorption de DOX, ainsi qu’une résistance notable à son effet létal. Nous avons utilisé, par la suite, ce mutant pour exprimer, à l’aide d’un vecteur d’expression, une protéine du ver Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). Les résultats ont montré que cette protéine était en mesure de restaurer l’absorption de DOX, compromise chez le mutant agp2Δ ainsi que d’augmenter la sensibilité de la souche parentale à son effet létal, lorsqu’exprimée chez celle-ci. Cela suggère que CeOCT-1 est un transporteur fonctionnel de DOX et contredit également le dogme selon lequel les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive.

Adenine as an organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide: scope, mechanism and access to adenine-functionalized polylactide

Nucleobase-functionalized polymers are widely used in the fields of supramolecular chemistry and self-assembly, and their development for biomedical applications is also an area of interest. They are usually synthesized by tedious multistep procedures. In this study, we assess adenine as an organoinitiator/ organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide. L-Lactide can be quantitatively polymerized in the presence of adenine. Reaction conditions involving short reaction times and relatively low temperatures enable the access to adenine end-capped polylactide in a simple one-step procedure, in bulk, without additional catalyst. DFT calculations show that the polymerization occurs via hydrogen bond catalysis. The mechanism involves (i) a hydrogen bond between the NH9 of adenine and the carbonyl moiety of lactide, leading to an electron deficient carbon atom, and (ii) a second hydrogen bond between the N3 of adenine and the NH2 of a second adenine molecule, followed by a nucleophilic attack of the latter activated amine on the former electron deficient carbon on the monomer. For longer reaction times and higher temperatures, macrocyclic species are formed, and a mechanism involving the imidazole ring of adenine is proposed based on literature studies. Depending on the reaction conditions, adenine can thus be considered as an organoinitiator or an organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide.

Adenine as an organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide: scope, mechanism and access to adenine-functionalized polylactide

Nucleobase-functionalized polymers are widely used in the fields of supramolecular chemistry and self-assembly, and their development for biomedical applications is also an area of interest. They are usually synthesized by tedious multistep procedures. In this study, we assess adenine as an organoinitiator/organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide. L-Lactide can be quantitatively polymerized in the presence of adenine. Reaction conditions involving short reaction times and relatively low temperatures enable the access to adenine end-capped polylactide in a simple one-step procedure, in bulk, without additional catalyst. DFT calculations show that the polymerization occurs via hydrogen bond catalysis. The mechanism involves (i) a hydrogen bond between the NH9 of adenine and the carbonyl moiety of lactide, leading to an electron deficient carbon atom, and (ii) a second hydrogen bond between the N3 of adenine and the NH2 of a second adenine molecule, followed by a nucleophilic attack of the latter activated amine on the former electron deficient carbon on the monomer. For longer reaction times and higher temperatures, macrocyclic species are formed, and a mechanism involving the imidazole ring of adenine is proposed based on literature studies. Depending on the reaction conditions, adenine can thus be considered as an organoinitiator or an organocatalyst for the ring-opening polymerization of lactide.

DFT STUDIES ON THE MECHANISM OF RING-OPENING POLYMERIZATION OF LACTIDE WITH ADENINE

The use of organic molecules as catalysts for the ring-opening polymerization (ROP) of cyclic esters has gained much interest last years.[1] The use of a molecule of biological interest, able to initiate ROP of cyclic esters without any cocatalyst is even more interesting, as the resulting material will not contain any catalytic residue. Nucleobase-polymer conjugates development is thus an emerging area envisaging biomedical applications.[2] However, they are usually synthesized by tedious multistep procedures. Recently, adenine was used as organoinitiator for the ROP of L-lactide.[3] Reaction conditions involving short reaction times and relatively low temperatures enable the access to adenine-polylactide(Adn-PLA)conjugates in a simple one-step procedure, without additional catalyst and in the absence of solvent. In this study, computational investigations with density functional theory (DFT) were performed in order to clarify the reaction mechanism leading to the desired Adn-PLA. The results show that a hydrogen bond catalytic mechanism, involving a nucleophilic attack of the activated amine group of adenine onto the carbonyl group of lactide, seem to be plausible.