Distribution of small proteoglycans and glycosaminoglycans in humerus-related articular cartilage of chickens

The expression of components present in the cartilaginous extracellular matrix is related to development, gender, and genotype, as well as to the biomechanical properties of each type of cartilage. In the present study, we analyzed small proteoglycans and glycosaminoglycans present in different cartilages of the chicken wing after extraction with guanidine hydrochloride or papain. Quantitative analysis of glycosaminoglycans showed a larger amount in humeral cartilage (around 200 mg/g tissue) than in articular cartilage of the radius and ulna, with 138 and 80 mg/g tissue, respectively. Non-collagenous proteins isolated were predominantly from cartilage in the proximal regions of the humerus and radius. D4 fractions obtained by ultracentrifugation were separated by DEAE-Sephacel and Octyl-Sepharose chromatography and analyzed by SDS-PAGE. Two bands of 57 and 70-90 kDa were observed for all samples treated with ß-mercaptoethanol. Immunoblotting of these proteins was positive for the small proteoglycans fibromodulin and decorin, respectively. Apparently, the 57-kDa protein is present in macromolecular complexes of 160 and 200 kDa. Chondroitin sulfate was detected in all regions. HPLC analysis of the products formed by chondroitinase AC and ABC digestion mainly revealed ß-D-glucuronic acid and N-acetyl ß-D-galactosamine residues. The 4-sulfation/6-sulfation ratio was close to 3, except for the proximal cartilage of the radius (2.5). These results suggest functional differences between the scapula-humerus, humerus-ulna, and humerus-radius joints of the chicken wing. This study contributes to the understanding of the physiology of cartilage and joints of birds under different types of mechanical stress.

Influence du chondroïtine sulfate (CS) sur l’activité et l’expression de plusieurs isoformes du cytochrome P450 et de la NADPH P450 réductase

Le CS fait partie de la famille des SYSADOA (SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis) et est utilisé par les patients avec de l’ostéoarthrose de façon chronique pour ses propriétés anti-inflammatoires. Étant donné que ces patients reçoivent d’autres médicaments, il était intéressant de documenter les effets du CS sur le cytochrome P450 et la NADPH-réductase (NADPH). Pour cette étude, deux modèles ont été utilisés: des lapins témoins (LT) et des lapins avec une réaction inflammatoire (LRI) afin de diminuer l’activité et l’expression du CYP. Six groupes contenant chacun cinq lapins ont été utilisés: un groupe sans CS et deux groupes qui ont pris oralement dans l’eau approximativement 20.5 mg/kg/jour de CS pendant 20 et 30 jours; les lapins des trois groupes restants ont pris du CS comme décrit plus haut, mais ont reçu 5 ml sous-cutanées de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique (RIA) deux jours avant leur sacrifice, c’est-à-dire aux jours -2, 18 et 28. Les hépatocytes ont été isolés pour évaluer l’activité et l’expression du CYP3A6, CYP1A2 et NADPH et aussi le ARNm de ces protéines. In vitro, nous avons étudié l’effet de différentes concentrations de CS-disaccharides sulfatés, 4S, 6S, et 4,6S de CS, sur l’activité et l’expression du CYP1A2 et du CYP3A6. Pour documenter la présence de la réaction inflammatoire, nous avons mesure les mucoprotéines, dans le sérum des lapins avec une réaction inflammatoire. Aussi nous avons mesuré la présence de l’oxide nitrique (NO) chez les hépatocytes de lapins contrôles et chez les hépatocytes des lapins avec une réaction inflammatoire. La translocation nucléaire du NF-κB a été etudiée par fluorescence chez les hépatocytes. Par comparaison aux lapins témoins, l’administration du CS pendant 20 et 30 jours n’affecte pas l’activité du CYP3A6 et du CYP1A2. La RIA a augmenté les mucoprotéines à 95,1±5,7 vs 8,4±1,6 mg/dl dans les lapins témoins (p<0,05). La RIA a diminué l’activité du CYP3A6 de 62% et l’activité du CYP 1A2 de 54%. Le CS n’empêché pas la diminution du CYP1A2 produite par la RIA. Par ailleurs, le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression de la NADPH. La translocation nucléaire de NF-κB a été empêche par l’administration chronique de CS aux lapins avec RIA; en plus, la concentration de l’oxide nitrique n’a pas démontré une augmentation en présence de CS; par contre, CS n’empêche pas l’augmentation des séromucoïdes. Au contraire, CS affecte la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA. Dans ce group, CS a rétabli le niveau des protéines du CYP3A6 observé dans le group de lapins témoins. Pourtant cette croissance été independante de mRNA qui garde un niveau trés bas. Le plus remarcable a été la manière dont CS a augmenté la protéine du CYP3A6, sans avoir rétabli l’activité de cet isoforme. Finalement, in vitro, CS et ses trois disaccharides sulfatés (4S, 6S et 4,6S) n’affectent ni l’activité ni l’expression de CYP1A2, CYP3A6 et de la NADPH. En conclusion, l’administration chronique de CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du CYP1A2, ou la diminution du CYP1A2 produite par la réaction inflammatoire. Le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du NADPH. Cependant, CS empêche la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA.

Rôle des kinines dans la physiopathologie des effets secondaires causés par les héparines contaminées d’origine chinoise : approche expérimentale

En janvier 2008, une éclosion de réactions anaphylactoïdes (RA) potentiellement mortelles associées à l’injection intraveineuse d’héparine manufacturées en Chine et contaminée par le chondroïtine sulfate hypersulfaté (CSHS) a forcé le rappel de ces dernières par la U.S. Food and Drug Administration. Ces RA ont rapidement été attribuées à la libération de la bradykinine (BK) suite à l’activation du système de contact par le CSHS. Cependant, aucune évidence expérimentale définitive n’est à ce jour venue appuyer directement cette hypothèse. En se basant sur le nombre de morts déclaré et associé à la contamination (>150 morts au niveau mondial) ainsi qu’aux données épidémiologiques, qui stipulent que 25% des patients ayant développés une RA aux États-Unis étaient essentiellement des insuffisant rénaux en dialyse traités au moyen d’un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (iECA), nous avons émis l’hypothèse suivante : les RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine contaminée au CSHS sont de nature multifactorielle et complexe. Le but de notre travail est donc, dans un premier temps, d’évaluer le pouvoir kininoformateur du CSHS en présence d’un iECA et de le comparer à celui du sulfate de dextran, un activateur de référence du système de contact. Comme les RA associées à l’injection intraveineuse d’héparine contaminée par le CSHS se produisent généralement dans les premières minutes des séances de dialyse, nous allons étudier l’effet de la dilution du plasma sur la quantité de BK libérée en présence ou en absence d’un iECA. Nous allons également mesurer les profils cinétiques de la libération de la BK sur un plasma stimulé par différents lots d’héparine contaminée, et associée à des RA, et nous comparerons cette cinétique avec celles d’une héparine de référence complémentée ou non avec différentes concentrations de CSHS synthétique. Enfin, nous allons caractériser le profil de libération de la BK et de son métabolite actif, la des-Arg9-BK, dans le plasma de patients dialysé ayant présenté une RA associée à une membrane de dialyse chargée négativement. L’application de méthodes expérimentales développées dans notre laboratoire nous a permis de montrer, pour la première fois, que l’héparine contaminée au CSHS a la capacité de libérer la BK à des concentrations susceptibles d’expliquer le rôle de ce peptide inflammatoire dans la physiopathologie des RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine d’origine chinoise contaminée au CSHS.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

Using the PfEMP1 Head Structure Binding Motif to Deal a Blow at Severe Malaria

Plasmodium falciparum (Pf) malaria causes 200 million cases worldwide, 8 million being severe and complicated leading to similar to 1 million deaths and similar to 100,000 abortions annually. Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1 (PfEMP1) has been implicated in cytoadherence and infected erythrocyte rosette formation, associated with cerebral malaria; chondroitin sulphate-A attachment and infected erythrocyte sequestration related to pregnancy-associated malaria and other severe forms of disease. An endothelial cell high activity binding peptide is described in several of this similar to 300 kDa hypervariable protein's domains displaying a conserved motif (GACxPxRRxxLC); it established H-bonds with other binding peptides to mediate red blood cell group A and chondroitin sulphate attachment. This motif (when properly modified) induced PfEMP1-specific strain-transcending, fully-protective immunity for the first time in experimental challenge in Aotus monkeys, opening the way forward for a long sought-after vaccine against severe malaria.

Biodritin microencapsulated human islets of langerhans and their potential for type 1 diabetes mellitus therapy

Background. Microencapsulation of pancreatic islets with polymeric compounds constitutes an attractive alternative therapy for type 1 diabetes mellitus. The major limiting factor is the availability of a biocompatible and mechanically stable polymer. We investigated the potential of Biodritin, a novel polymer constituted of alginate and chondroitin sulfate, for islet microencapsulation. Methods. Biodritin microcapsules were obtained using an air jet droplet generator and gelated with barium or calcium chloride. Microencapsulated rat insulinoma RINm5F cells were tested for viability using the [3-(4,5-dimetyl-thiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazoliumbromide] [MTT] colorimetric assay. Microencapsulated rat pancreatic islets were coincubated with macrophages derived from mouse peritoneal liquid to assess the immunomodulatory potential of the microcapsules, using quantitative real time-PCR (qPCR). Biodritin biocompatibility was demonstrated by subcutaneous injection of empty microcapsules into immunocompetent Wistar rats. Insulin secretion by microencapsulated human pancreatic islets was evaluated using an electrochemoluminescent assay. Microencapsulated human islets transplanted into chemically induced diabetic mice were monitored for reversal of hyperglycemia. Results. The metabolic activity of microencapsulated RINm5F cells persisted for at least 15 days. Interleukin-1 beta expression by macrophages was observed during coculture with islets microencapsulated with Biodritin-CaCl2, but not with Biodritin-BaCl2. No statistical difference in glucose-stimulated insulin secretion was observed between nonencapsulated and microencapsulated islets. Upon microencapsulated islet transplantation, the blood glucose level of diabetic mice normalized; they remained euglycemic for at least 60 days, displaying normal oral glucose tolerance tests. Conclusion. This study demonstrated that Biodritin can be used for islet microencapsulation and reversal of diabetes; however, further investigations are required to assess its potential for long-term transplantation.

Defining the role of common variation in the genomic and biological architecture of adult human height

Using genome-wide data from 253,288 individuals, we identified 697 variants at genome-wide significance that together explained one-fifth of the heritability for adult height. By testing different numbers of variants in independent studies, we show that the most strongly associated ∼2,000, ∼3,700 and ∼9,500 SNPs explained ∼21%, ∼24% and ∼29% of phenotypic variance. Furthermore, all common variants together captured 60% of heritability. The 697 variants clustered in 423 loci were enriched for genes, pathways and tissue types known to be involved in growth and together implicated genes and pathways not highlighted in earlier efforts, such as signaling by fibroblast growth factors, WNT/β-catenin and chondroitin sulfate-related genes. We identified several genes and pathways not previously connected with human skeletal growth, including mTOR, osteoglycin and binding of hyaluronic acid. Our results indicate a genetic architecture for human height that is characterized by a very large but finite number (thousands) of causal variants.2014

Implante de condrócitos homólogos em defeitos osteocondrais de cães: padronização da técnica e avaliação histopatológica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Uso de viscoelásticos na facoemulsificação em cães portadores de catarata: efeitos sobre a pressão intraocular, a morfologia das células endoteliais e a espessura corneana

Avaliaram-se as células endoteliais, a espessura corneana e a pressão intraocular (PIO) de cães portadores de catarata madura, empregando-se viscoelástico à base de hialuronato de sódio 3% e sulfato de condroitina 4% e hidroxipropilmetilcelulose 2%, utilizando-se 20 cães, distribuídos entre os dois grupos dos viscoelásticos. A técnica cirúrgica adotada foi a da facoemulsificação bimanual. As avaliações tonométricas foram efetuadas antes e após o ato cirúrgico, aos 1, 7, 14, 21, 28 e 60 dias de pós-operatório, e a microscopia especular, antes e após 7, 28 e 60 dias. Não houve diferença estatística entre os grupos quanto à PIO, com exceção aos 14 dias, em que se observou maior PIO com o uso de hialuronato de sódio 3% e sulfato de condroitina 4%. Não houve diferença entre os grupos quanto aos parâmetros relacionados ao endotélio, com diminuição discreta da densidade celular endotelial e aumento da área celular com a utilização de hidroxipropilmetilcelulose 2%. A utilização de ambos os dispositivos viscoelásticos analisados é recomendada para o procedimento de facoemulsificação em cães.

Reconstrução do ligamento cruzado cranial em cães, associado ou não ao sulfato de condroitina

Avaliou-se o efeito da reconstrução do ligamento cruzado cranial, associado ou não ao sulfato de condroitina, na evolução da osteoartrite induzida experimentalmente em cães. Vinte cães hígidos, sem raça definida, machos e fêmeas, com peso corpóreo entre 19 e 25kg, foram submetidos à desmotomia do ligamento cruzado cranial. Trinta dias após, foram separados em dois grupos de 10 animais. Um grupo foi submetido à reconstrução do ligamento cruzado com uso de aloenxerto de ligamento patelar congelado, o outro não. Trinta e um dias após a desmotomia, cada grupo foi dividido em dois subgrupos de cinco animais. Um recebeu sulfato de condroitina, o outro não. Os cães foram avaliados clínica e radiograficamente antes da desmotomia e aos 30, 60 e 90 dias após a desmotomia. No último momento foram realizados exames macro e microscópico. Nos cães submetidos somente à desmotomia e tratados com sulfato de condroitina houve redução na progressão das alterações ósseas, ao exame radiográfico. A reconstrução do ligamento cruzado cranial melhorou a função do membro e, quando associada ao sulfato de condroitina, houve melhor resposta. Não houve diferença entre os subgrupos quanto aos exames macro e microscópico.

Glycosaminoglycans in components of the rabbit eye: synthesis and characterization

Purpose. To trace the eye components involved in proteoglycan synthesis and to characterize the sulfated glycosaminoglycans which are associated to these macromolecules.Methods. Sodium [S-35]-sulfate was injected intravitreally and the rabbits were killed at different time intervals after the injection. The glycosaminoglycans of choroid, ciliary body, cornea, iris, lens capsule, retina and sclera were extracted and processed for estimations of their specific activities, and for electrophoresis plus autoradiography with or without previous treatment with specific enzymes. In addition, methacrylate sections of the eyes were analysed by autoradiography.Results. The peak of specific activities of the glycosaminoglycans of all eye components occurred at 2 days after the intravitreal injection of [S-35]-sulfate. The autoradiography of the agarose gels revealed three types of glycosaminoglycans, namely, heparan-, chondroitin- and dermatan sulfate, only in the retina. The other eye components contained heparan sulfate and either chondroitin or dermatan sulfate. Tissue autoradiography together with the biochemical techniques contributed to unravel the origin of the glycosaminoglycans in the eye components.Conclusions. The results of the present investigation have shown that heparan sulfate, contrasting to chondroitin sulfate and dermatan sulfate, is synthesized in all eye components studied and that the glycosaminoglycan composition differs according to the tissue of origin.

A comparative-analysis of glycosaminoglycans from human umbilical arteries in normal subjects and in pathological conditions affecting pregnancy

BACKGROUND: Vascular cells express different phenotypes in adult and fetal vessels, and the extracellular matrix they synthesize should reflect these differences. Alterations of vascular proteoglycan/glycosaminoglycan is verified in disorders such as hypertension and diabetes, and when occurring during pregnancy, they bring about structural changes to fetal vessels that often lead to impaired fetus growth. Yet there is little data about the extracellular matrix of an important human fetal vessel, the umbilical artery.EXPERIMENTAL DESIGN: This study involved the biochemical characterization of the extracellular matrix of normal umbilical arteries, umbilical arteries from complicated pregnancies (maternal hypertension and diabetes and intrauterine growth retardation syndrome), and, for purpose of comparison, normal adult arteries (aorta and iliac and pulmonary arteries). Although the collagen types I:III ratio was determined in some cases, emphasis was placed on analysis of glycosaminoglycans.RESULTS: Normal umbilical arteries differ from normal adult arteries in that they contain greater concentrations of hyaluronic acid and lesser concentrations of heparan sulfate and chondroitin 4-and 6-sulfate. The umbilical artery also differs from adult arteries in the disaccharide composition of its chondroitin and heparan sulfates and in the molecular weight of this latter glycosaminoglycan. The glycosaminoglycan distribution in umbilical arteries derived from complicated pregnancies is roughly similar to that of controls. However, total glycosaminoglycan and collagen were significantly reduced, and the collagen I:III ratio was increased in the umbilical arteries from hypertension-complicated pregnancies.CONCLUSIONS: the glycosaminoglycan composition of the normal umbilical artery, a fully differentiated tissue, differs in many aspects from that of normal adult arteries. of the cases of complicated pregnancies studied, the extracellular matrix of umbilical arteries was altered only in maternal hypertension. The changes, notably a mild fibrosis, were not very pronounced and should not impair hemodynamic properties of the vessel.

ANTAGONISM OF THE MYOTOXIC EFFECTS OF BOTHROPS-JARARACUSSU VENOM AND BOTHROPSTOXIN BY POLYANIONS

The effects of heparin and other polyanions on the myotoxicity of Bothrops jararacussu venom and purified bothropstoxin (BthTX) were investigated. The release rate of creatine kinase (CK) from isolated extensor digitorum longus muscle and the plasma CK activity of mice were used to quantify the results. The myotoxic effects of B. jararacussu venom or BthTX were inhibited by preincubation of these agents with one of the following: a heterogeneous heparin preparation (designated 'heparin'), low mol. wt heparin (H-4500) or dextran sulfates (DS-8000 and DS-500,000). Non-sulfated dextran (D-40,000) and two chondroitin sulfates were ineffective. The antimyotoxic effects of the polyanions are ascribed to their forming inactive acid-base complexes with the basic myotoxins of Bothrops venoms. Gel-filtration experiments in Sephadex provided direct evidence for complex formation between heparin and BthTX. Intravenous (i.v.) administration of H-4500 or DS-8000 opposed the increase in plasma CK activity induced by a subsequent i.m. injection of venom or BthTX. In contrast, pretreatment with i.v. heparin or DS-500,000 enhanced the venom-induced increase in plasma CK activity. This effect was not observed (1) when the animals were treated with a polyvalent antivenom, which inhibits the coagulation and local stasis induced by Bothrops venoms, and (2) when BthTX, which has no thrombotic or hemorrhagic properties, was the myotoxic agent. The potentiation of the venom-induced increase in plasma CK activity by heparin and DS-500,000 is ascribed to improved washout of the CK released from damaged fibers, because of the anticoagulant properties of the drugs.

Biosynthesis of chondroitinase and hyaluronidase by different strains of Paracoccidioides brasiliensis

The biosynthesis of chondroitinase and hyaluronidase by different isolates of Paracoccidioides brasiliensis was investigated in 20 strains isolated from patients (17 strains), a penguin (Pygocelis adeliae, one strain), an armadillo (Dasypus novemcinctus, one strain) and the environment (dog food, one strain). All the P. brasiliensis isolates studied had the ability to produce chondroitinase and hyaluronidase, although differences in colony morphology and enzyme production were detected among them. These results suggest that further investigations should be carried out in the clinical field in order to clarify the potential role of P. brasiliensis enzyme production in the pathogenesis of paracoccidioidomycosis.