A glycolytic phenotype is associated with prostate cancer progression and aggressiveness: a role for monocarboxylate transporters as metabolic targets for therapy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O exercício físico é capaz de melhorar expressão de AMPK e GLUT4 em músculo esquelético de ratos alcoolistas e/ou tabagistas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeitos do treinamento resistido e do destreinamento na inflamação e expressão de genes do metabolismo muscular e tecido adiposo de ratos alimentados por dieta hiperlipídica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Biocompatibilidade de resinas acrílicas para base e reembasamento de próteses após períodos de imersão em soluções desinfetantes: análise do metabolismo celular

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Vesicles as carriers of virulence factors in parasitic protozoan diseases

Different types of shed vesicles as, for example, exosomes, plasma-membrane-derived vesicles or microparticles, are the focus of intense research in view of their potential role in cell cell communication and under the perspective that they might be good tools for immunotherapy, vaccination or diagnostic purposes. This review discusses ways employed by pathogenic trypanosomatids to interact with the host by shedding vesicles that contain molecules important for the establishment of infection, as opposed to previous beliefs considering them as a waste of cellular metabolism. Trypanosomatids are compared with Apicomplexa, which circulate parasite antigens bound to vesicles shed by host cells. The knowledge of the origin and chemical composition of these different vesicles might lead to the understanding of the mechanisms that determine their biological function. (C) 2012 Institut Pasteur. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Functional characterisation of the non-essential protein kinases and phosphatases regulating Aspergillus nidulans hydrolytic enzyme production

Abstract Background Despite recent advances in the understanding of lignocellulolytic enzyme regulation, less is known about how different carbon sources are sensed and the signaling cascades that result in the adaptation of cellular metabolism and hydrolase secretion. Therefore, the role played by non-essential protein kinases (NPK) and phosphatases (NPP) in the sensing of carbon and/or energetic status was investigated in the model filamentous fungus Aspergillus nidulans. Results Eleven NPKs and seven NPPs were identified as being involved in cellulase, and in some cases also hemicellulase, production in A. nidulans. The regulation of CreA-mediated carbon catabolite repression (CCR) in the parental strain was determined by fluorescence microscopy, utilising a CreA: GFP fusion protein. The sensing of phosphorylated glucose, via the RAS signalling pathway induced CreA repression, while carbon starvation resulted in derepression. Growth on cellulose represented carbon starvation and derepressing conditions. The involvement of the identified NPKs in the regulation of cellulose-induced responses and CreA derepression was assessed by genome-wide transcriptomics (GEO accession 47810). CreA:GFP localisation and the restoration of endocellulase activity via the introduction of the ∆creA mutation, was assessed in the NPK-deficient backgrounds. The absence of either the schA or snfA kinase dramatically reduced cellulose-induced transcriptional responses, including the expression of hydrolytic enzymes and transporters. The mechanism by which these two NPKs controlled gene transcription was identified, as the NPK-deficient mutants were not able to unlock CreA-mediated carbon catabolite repression under derepressing conditions, such as carbon starvation or growth on cellulose. Conclusions Collectively, this study identified multiple kinases and phosphatases involved in the sensing of carbon and/or energetic status, while demonstrating the overlapping, synergistic roles of schA and snfA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A. nidulans. The importance of a carbon starvation-induced signal for CreA derepression, permitting transcriptional activator binding, appeared paramount for hydrolase secretion.

Morphological alterations and gene and protein expression profiling of bladder tumor cells after treatment with gemcitabine.

Chemical agents used in cancer therapy are associated with cell cycle arrest, activation or deactivation of mechanisms associated to DNA repair and apoptosis. However, due to the complexity of biological systems, the molecular mechanisms responsible for these activities are not fully understood. Thus, studies about gene and protein expression have shown promising results for understanding the mechanisms related to cellular responses and regression of cancer after chemotherapy. This study aimed to evaluate the gene and protein expression profiling in bladder transitional cell carcinoma (TCC) with different TP53 status after gemcitabine (1.56 μM) treatment. The RT4 (grade 1, TP53 wild type), 5637 (grade 2, TP53 mutated) and T24 (grade 3, TP53 mutated) cell lines were used. PCR arrays and mass spectrometry were used to analyze gene and protein expression, respectively. Morphological alterations were observed using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The results of PCR array showed that gemcitabine activity was mainly related to CDKN1A, GADD45A and SERTDA1 overexpression, and BAX overexpression only in the wild type TP53 cells. Mass spectrometry demonstrated that gemcitabine modulated the protein expression, especially those from genes related to apoptosis, transport of vesicles and stress response. Analyses using SEM and TEM showed changes in cell morphology independently on the cell line studied. The observed decreased number of microvillus suggests low contact among the cells and between cell and extracellular matrix; irregular forms might indicate actin cytoskeleton deregulation; and the reduction in the amount of organelles and core size might indicate reduced cellular metabolism. In conclusion, independently on TP53 status or grade of bladder tumor, gemcitabine modulated genes related to the cell cycle and apoptosis, that reflected in morphological changes indicative of future cell death.

Bedeutung endogener Faktoren für Steady-State-Level und Reparatur oxidativer DNA-Modifikationen in Säugerzellen

Die endogene Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) - wie beispielsweise Hydroxyl-Radikale, Superoxid-Radikalanionen, Wasserstoffperoxid und Singulett-Sauerstoff - bei essentiellen Stoffwechselreaktionen in allen aeroben Lebewesen stellt eine potentielle Gefahr für die Integrität der DNA in jeder Zelle dar. ROS generieren in der DNA unter anderem oxidative DNA-Modifikationen (zum größten Teil wahrscheinlich 8-Hydroxyguanin (8-oxoG)), welche wiederum zu einem Teil zu Mutationen führen.In dieser Arbeit wurden Untersuchungen vorgenommen, in welchem Ausmaß zum einen die Steady-State-Level oxidativer DNA-Schäden in Säugerzellen zum anderen die Reparaturgeschwindig-keiten solcher DNA-Modifikationen durch verschiedene endogene Faktoren beeinflußt werden.Im Mittelpunkt der Arbeit stand dabei die Charakterisierung der 8-Hydroxyguaninglykosylase der Säugerzellen. Sie ist das Produkt des OGG1-Gens, das erst 1997 kloniert wurde. In transfizierten Zellinien konnte durch eine konstitutive Überexpression des menschlichen OGG1-Gens demonstriert werden, daß die Reparatur von induzierten oxidativen Basenmodifikationen bis zu dreifach beschleunigt wird und daß eine Korrelation zwischen dem Grad der Überexpression und der Reparaturrate besteht. Dagegen waren die Steady-State-Level der oxidativen DNA-Schäden durch die Überexpression unbeeinflußt. Sowohl bei den spontanen Mutationsraten als auch bei den durch oxidative Schädigungen induzierten Mutationsfrequenzen konnte keine Erniedrigung bedingt durch die hOGG1-Überexpression beobachtet werden.Weitere Untersuchungen zur Bedeutung von Ogg1-Protein konnten in Mäusezellen durchgeführt werden, in denen das OGG1-homologe Mäusegen, mOGG1, homozygot inaktiviert (mOGG1(-/-)) worden war. Hierbei konnte gezeigt werden, daß in den mOGG1-defizienten Zellen im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Zellen (mOGG1(+/+)) eine Reparatur induzierter oxidativer Basenmodifikationen erst nach 8 h einsetzt, während in den Kontrollzellen schon nach 3-4 h 50 % der Modifikationen repariert waren. Die Steady-State-Level oxidativer Modifikationen in mOGG1(-/-)-Zellen waren in immortalisierten, schnell proliferierenden Mäusefibroblasten nur um den Faktor 1.4, in primären Mäusehepatocyten jedoch um den Faktor 2.5 gegenüber den Wildtyp-Zellen erhöht.Inwieweit das menschliche Reparaturprotein Xrcc1 (X-ray repair cross complementing group 1) auch an der Prozessierung oxidativer DNA-Modifikationen beteiligt ist, und ob dabei möglicherweise eine Interaktion mit Ogg1 vorliegt, wurde in der XRCC1-defizienten CHO-Zellinie EM9 untersucht. Dabei wurde ermittelt, daß weder die Steady-State-Level noch die Reparaturkinetiken der oxidativen Basenmodifikationen durch die XRCC1-Defizienz beeinflußt werden. Aufgrund weiterer Ergebnisse kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß das Xrcc1-Protein zumindest am Ligationsschritt während der Reparatur oxidativer DNA-Schäden beteiligt ist.In einem weiteren Schwerpunkt der Arbeit wurde untersucht, ob Unterschiede im Steady-State-Level in Abhängigkeit von Organ-, Gewebe- und Zelltyp auftreten. Dazu wurden Untersuchungen in Bronchialkarzinom-Zellinien verschiedener Subtypen durchgeführt. Des weiteren wurde zur Frage der Zelltyp-Abhängigkeit in der menschlichen Zellinie HL60 der Einfluß des Zelldifferenzierungsstadiums auf die Steady-State-Level untersucht.

Aspetti ipnici e vegetativi dell'inibizione del controllo nervoso centrale della termogenesi nel ratto

La possibilità di indurre stati ipotermici ed ipometabolici come il torpore o l’ibernazione in animali non ibernanti può avere dei risvolti utili nella pratica medica, in quanto permetterebbe di trarre vantaggio dagli effetti benefici dell’ipotermia senza gli effetti compensatori negativi causati dalla risposta omeostatica dell’organismo. Con questo lavoro vogliamo proporre un nuovo approccio, che coinvolge il blocco farmacologico dell’attività dei neuroni nel bulbo rostroventromediale (RVMM), un nucleo troncoencefalico che si è rivelato essere uno snodo chiave nella regolazione della termogenesi attraverso il controllo dell’attività del tessuto adiposo bruno, della vasomozione cutanea e del cuore. Nel nostro esperimento, sei iniezioni consecutive del agonista GABAA muscimolo nel RVMM, inducono uno stato reversibile di profonda ipotermia (21°C al Nadir) in ratti esposti ad una temperatura ambientale di 15°C. Lo stato ipotermico/ipomentabolico prodotto dall’inibizione dei neuroni del RVMM mostra forti similitudini col torpore naturale, anche per quanto concerne le modificazioni elettroencefalografiche osservate durante e dopo la procedura. Come negli ibernati naturali, nei ratti cui viene inibito il controllo della termogenesi si osserva uno spostamento verso le regioni lente delle spettro di tutte le frequenze dello spettro EEG durante l’ipotermia, ed un forte incremento dello spettro EEG dopo il ritorno alla normotermia, in particolare della banda Delta (0,5-4Hz) durante il sonno NREM. Per concludere, questi risultati dimostrano che l’inibizione farmacologica selettiva di un nucleo troncoencefalico chiave nel controllo della termogenesi è sufficiente per indurre uno stato di psuedo-torpore nel ratto, una specie che non presenta stati di torpore spontaneo. Un approccio di questo tipo può aprire nuove prospettive per l’utilizzo in ambito medico dell’ipotermia.

Bedeutung der viralen IE4-Region für die Genexpression und Replikation des humanen Cytomegalovirus

Das humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein fakultativ-pathogener Erreger, der bei Patienten mit geschwächter oder unausgereifter Immunabwehr schwerwiegende Erkrankungen hervorrufen kann. Wie alle Herpesviren zeigt das HCMV eine streng koordinierte Expression viraler Gene, die in eine „sehr frühe-“ (IE), „frühe “ (E) und „späte-“ (L) Phase unterteilt werden kann. Die Produkte der IE-Gene IE1 und IE2 sind für die Expression der frühen Gene und somit für die Initiation der viralen DNA-Replikation entscheidend. Sie greifen gleichzeitig in den zellulären Stoffwechsel ein und schaffen damit optimale Vorraussetzungen für die virale Vermehrung. Zu Beginn dieser Arbeit war bekannt, dass HCMV in lytisch infizierten Zellen ein abundantes IE-Transkript von 5 kb (IE4-RNA) exprimierte, dessen Funktion bislang unklar war. Ältere Publikationen deuteten darauf hin, dass die IE4-Genregion an der Transformation eukaryonter Zellen beteiligt sein könnte. Neuere Arbeiten zeigten, dass es sich bei diesem IE4-Transkript um ein metabolisch stabiles Intron handelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte zunächst geklärt werden, ob die IE4-Genregion ein Protein kodiert. In der Folge sollten mit viralen Deletionsmutanten Hinweise auf die biologische Funktion des IE4-Bereichs erarbeitet werden. Durch Northern Blot Analysen und cDNA-Klonierungsexperimente konnte eine Reihe neuer Spleiß-Varianten der IE4-RNA identifiziert werden. Durch Sequenzanalysen wurde gezeigt, dass diese Transkripte keine längeren offenen Leserahmen enthalten. Zusammen mit bereits publizierten Erkenntnissen, kann aus diesen Ergebnissen mit hoher Wahrscheinlichkeit geschlossen werden, dass die IE4 Region nicht für ein Protein kodiert. Zur Analyse der biologischen Funktion der IE4-Region wurde das DNA-Genom des HCMV gezielt mutagenisiert. Eine phänotypische Analyse der entsprechenden Viren mittels Reportergen-Tests und quantitativer RealTime RT-PCR zeigte, dass einige der Mutanten eine verringerte Expression früher Gene aufwiesen, die mit einer Beeinträchtigung ihrer Replikationsfähigkeit in Fibroblastenkulturen korrelierte. Dabei war die Ausbildung eines Phänotyps jedoch von dem genetischen Hintergrund des verwendeten viralen Ausgangsstammes abhängig. Auffällig war, dass phänotypische Veränderungen nur bei solchen Mutanten sichtbar wurden, die auf der Grundlage des Laborstammes Ad169 des HCMV generiert worden waren. Die nachfolgende Analyse der Ausgangsstämme ergab deutliche Unterschiede in der IE-Genexpression. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen somit, dass die IE4-RNA mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht für ein Protein kodiert, aber bei limitierender Expression der essentiellen Regulatoren IE1 und IE2 die frühe lytische Genexpression stimuliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen die Grundlage für nachfolgende Untersuchungen zur Aufklärung der molekularen Funktion der IE4-RNA im Rahmen der lytischen Infektion des HCMV dar.

Untersuchungen zur Regulation der Trehalaseaktivität bei der Wanderheuschrecke Locusta migratoria

Flugfähige Insekten sind äußerst leistungsfähige Tiere. Ihre Flugmuskulatur ist das Gewebe mit der höchsten ATP-Umsatzrate im Tierreich. Der hohe Energieumsatz ist möglich durch einen vollständig aeroben Stoffwechsel der Flugmuskulatur, der durch die effiziente Sauerstoffversorgung über das Tracheensystem gewährleistet wird. Andererseits haben Insekten einen offenen Blutkreislauf, d.h. ihre Gewebe werden nicht über Kapillaren mit Substraten versorgt, sondern von der Hämolymphe umspült, die daher eine hohe Konzentration an energieliefernden Substraten haben muss. Als schnell verfügbares Substrat nutzen Wanderheuschrecken bei Beginn eines Fluges als Hauptsubstrat Trehalose, die in hoher Konzentration als Hämolymphzucker vorliegt (20 bis 40mal höhere Konzentration als Glucose). Trehalose ist, anders als Glucose, ein nicht-reduzierender Zucker und daher nicht toxisch. Allerdings muss das Disaccharid Trehalose zu Glucose hydrolysiert werden, bevor sie im Zellstoffwechsel verwertet werden kann. Diese Funktion erfüllt die Trehalase (EC 3.2.1.28), ein Enzym, das membrangebunden ist und nach Zellfraktionierung in der Mikrosomenfraktion erscheint. Es ist schon lange offensichtlich, dass die Aktivität der Trehalase regulierbar sein muss und zwar reversibel (eine Eigenschaft, die für Hydrolasen ungewöhnlich ist), der Mechanismus ist allerdings bislang nicht klar, da alle üblichen Typen von Aktivitätsregulation nicht verwirklicht zu sein scheinen. Die meisten Autoren vermuten, dass die Regulation über den Transport des Substrats erfolgt. Ein Trehalosetransporter konnte allerdings bisher in der Flugmuskulatur von Locusta nicht nachgewiesen werden. In dieser Arbeit stelle ich Experimente vor, die dafür sprechen, dass Trehalase als Ektoenzym aktiv ist (overte Form), während eine inaktive Form (latente Form) in Vesikeln im Cytoplasma vorliegt und per Exocytose reversibel in die Plasmamembran transloziert werden kann. Für die Testung dieser Arbeitshypothese nutzte ich Trehazolin, einen sehr spezifischen Inhibitor der Trehalase, der äußerst fest und dauerhaft im aktiven Zentrum des Enzyms bindet. Dazu war es nötig, die Flugmuskulatur zu fraktionieren, um die Effekte von Trehazolin auf die verschiedenen Formen der Trehalase (gebunden, löslich, overt, latent) zu analysieren. Mit der Arbeitshypothese vereinbar sind die folgenden Befunde: (1) In die Hämolymphe injiziertes Trehazolin hemmt bevorzugt die overte Trehalase und erst bei höheren Dosen und nach längerer Zeit die latente Form. (2) Trehazolin wirkt in hoher Dosis (50µg pro Tier) auch nach Verfütterung, allerdings stark abgeschwächt, da nach 24 Stunden ein signifikanter Effekt nur auf die overte, aber nicht auf die latente Form sichtbar war. (3) In einem Langzeitversuch über 30 Tage führte die einmalige Injektion von 20µg Trehazolin zu einer schnellen Hemmung der overten Trehalase, der eine verzögerte Hemmung der latenten Aktivität folgte. Der Zeitverlauf von Hemmung und Erholung spricht für eine Vorläufer-Produkt-Beziehung zwischen latenter und overter Form. (4) Flugaktivität der Tiere führt zu einer starken Verminderung der latenten Aktivität, falls Trehazolin in der Hämolymphe der Tiere vorhanden war. (5) Neuropeptide könnten die Translokation fördern. Insulin hat einen entsprechenden Effekt, der aber unabhängig ist von der Flugaktivität. (6) Der PI3-Kinasehemmstoff Wortmannin stabilisiert die latente Form der Trehalase. Auch andere Organe als die Flugmuskulatur besitzen Trehalase, aber mit deutlich geringerer Aktivität. In der Sprungmuskulatur könnte auch eine latente Form vorhanden sein, für Darm und Gehirn ist das nicht wahrscheinlich.

Metabolic imaging allows early prediction of response to vandetanib

The RET (rearranged-during-transfection protein) protooncogene triggers multiple intracellular signaling cascades regulating cell cycle progression and cellular metabolism. We therefore hypothesized that metabolic imaging could allow noninvasive detection of response to the RET inhibitor vandetanib in vivo.

Optimizing human in vivo dosing and delivery of β-alanine supplements for muscle carnosine synthesis

Interest into the effects of carnosine on cellular metabolism is rapidly expanding. The first study to demonstrate in humans that chronic β-alanine (BA) supplementation (~3-6 g BA/day for ~4 weeks) can result in significantly augmented muscle carnosine concentrations (>50%) was only recently published. BA supplementation is potentially poised for application beyond the niche exercise and performance-enhancement field and into other more clinical populations. When examining all BA supplementation studies that directly measure muscle carnosine (n=8), there is a significant linear correlation between total grams of BA consumed (of daily intake ranges of 1.6-6.4 g BA/day) versus both the relative and absolute increases in muscle carnosine. Supporting this, a recent dose-response study demonstrated a large linear dependency (R2=0.921) based on the total grams of BA consumed over 8 weeks. The pre-supplementation baseline carnosine or individual subjects' body weight (from 65 to 90 kg) does not appear to impact on subsequent carnosine synthesis from BA consumption. Once muscle carnosine is augmented, the washout is very slow (~2%/week). Recently, a slow-release BA tablet supplement has been developed showing a smaller peak plasma BA concentration and delayed time to peak, with no difference in the area under the curve compared to pure BA in solution. Further, this slow-release profile resulted in a reduced urinary BA loss and improved retention, while at the same time, eliciting minimal paraesthesia symptoms. However, our complete understanding of optimizing in vivo delivery and dosing of BA is still in its infancy. Thus, this review will clarify our current knowledge of BA supplementation to augment muscle carnosine as well as highlight future research questions on the regulatory points of control for muscle carnosine synthesis.

Regulation of pyridoxal $5\prime$-phosphate biosynthesis in {\it Escherichia coli\/} K-12

Vitamin B$\sb6$ (or pyridoxal 5$\sp\prime$-phosphate, PLP) is an essential, ubiquitous coenzyme that affects many aspects of amino acid and cellular metabolism in all organisms. The goal of this thesis is to examine the regulation of PLP biosynthesis in Escherichia coli K-12. First, PdxH oxidase is a PLP biosynthetic enzyme, which uses molecular oxygen as an electron acceptor under aerobic assay conditions. To test if facultative anaerobic E. coli uses another enzyme to replace the function of PdxH oxidase anaerobically, suppressors of a pdxH null mutant were isolated anaerobically after 2-aminopurine or spontaneous mutagenesis. Only one specific bypass mutation in another PLP biosynthetic gene pdxJ was found, suggesting that PdxH oxidase is able to function anaerobically and PdxT utilizes D-1-deoxyxyulose as a substrate. Second, regulation of the serC (pdxF)-aroA operon, which is involved the biosynthesis of L-serine, PLP and aromatic compounds was examined. A serC (pdxF) single gene transcript and a serC (pdXf)-aroA cotranscript initiated at P$\sb{serC\ (pdxF)}$ upstream of serC (pdxF) were detected. The expression of the operon is activated by leucine responsive regulatory protein (LRP) and repressed by cAMP receptor protein-cAMP complex (CRP$\cdot$cAMP) at the transcriptional level. LRP activates the operon by directly binding to the upstream consensus box. Binding of CRP$\cdot$cAMP to the upstream CRP box diminishes the activation effect of LRP. However, deletion of the CRP box did not affect the repression of CRP$\cdot$cAMP, suggesting that CRP$\cdot$cAMP may repress the operon indirectly by stimulating the activity or level of an unidentified repressor. The overall effect of this regulation is to maximize the expression of the operon when the cells are growing in minimal-glucose medium. In addition, the binding and the transcription of P$\sb{serC\ (pdxF)}$ by RNA polymerase require a supercoiled circular DNA, indicating that DNA supercoiling affects the transcription of the operon. Third, regulation of another PLP biosynthetic gene gapB was also examined. gapB is activated by CRP$\cdot$cAMP and repressed by catabolic repressor activator protein (CRA). However, the activation of CRP$\cdot$cAMP is epistatic to the repression of CRA. Due to the CRA repression, gapB was expressed at a low level in all the media tested, suggesting that it may be the rate-limiting step of PLP biosynthesis. In summary, unlike genes in many biosynthetic pathways, PLP biosynthetic genes are regulated by global regulators that are important for carbon and amino acid metabolism, instead of the end product(s) of the pathway. ^

Metabolomics and its potential in drug development

Metabolomics is the global and unbiased survey of the complement of small molecules (say, <1 kDa) in a biofluid, tissue, organ or organism and measures the end-products of the cellular metabolism of both endogenous and exogenous substrates. Many drug candidates fail during Phase II and III clinical trials at an enormous cost to the pharmaceutical industry in terms of both time lost and of financial resources. The constantly evolving model of drug development now dictates that biomarkers should be employed in preclinical development for the early detection of likely-to-fail candidates. Biomarkers may also be useful in the preselection of patients and through the subclassification of diseases in clinical drug development. Here we show with examples how metabolomics can assist in the preclinical development phases of discovery, pharmacology, toxicology, and ADME. Although not yet established as a clinical trial patient prescreening procedure, metabolomics shows considerable promise in this regard. We can be certain that metabolomics will join genomics and transcriptomics in lubricating the wheels of clinical drug development in the near future.