Breast cancer risk and heterocyclic amines and effect modification by NAT gene polymorphisms

Breast cancer is the most common cancer in women in the United States and is a leading cause of cancer-related deaths (1). Recently, dietary heterocyclic amines (HCAs) have been proposed to be a risk factor for breast cancer (2). This study uses the data collected for a case-control study conducted at the M.D. Anderson Cancer Center to assess the association between breast cancer risk and HCAs {2-amino-1-methyl-6-phenylimidazole [4,5-b] pyridine (PhIP), 2-amino-3,8-dimethylimidazo [4,5-f] quinoxaline (MeIQx), 2-amino-3,4,8-trimethylimidazo [4,5-f] quinoxaline (DiMeIQx) and mutagenicity of HCAs} and to examine if this association is modified by genetic polymorphisms of N-acetyl transferases (NAT1/NAT2). The NAT1/2 genotype was determined using Taqman technology. HCAs were estimated by using a meat preparation questionnaire on meat type, cooking method, and doneness, combined with a quantitative HCA database. Three hundred and fifty patients with breast cancer attending the Diagnostic Radiology Clinic at M. D. Anderson Cancer Center and fulfilling the eligibility criteria were compared to three hundred and fifty patients attending the same clinic for benign breast lesions to answer these questions. Logistic regression models were used to control for known risk factors and showed no statistically significant association between breast cancer versus benign breast cancer lesions and dietary intake of heterocyclic amines. There was no clear difference in their effect after subgroup analyses in different acetylator strata of NAT1/2 and no statistical interactions were found between NAT1/2 genotypes and HCAs, suggesting no effect modification by NAT1/2 acetylator status. These results suggest the need for further research to analyze if these null associations were because of the benign breast lesions sharing the risk factors with breast cancer or any other factors which haven't been explored yet.^

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF FAD DEPENDENT NADPH CYTOCHROME P-450 REDUCTASE (FLAVOPROTEINS, APOFLAVOPROTEIN)

NADPH cytochrome P-450 reductase releases FMN and FAD upon dilution into slightly acidic potassium bromide. The flavins are released with positive cooperativity. Dithiothreitol protects the FAD dependent cytochrome c reductase activity against inactivation by free radicals. Behavior in potassium bromide is sensitive to changes in the pH. High performance hydroxylapatite resolved the FAD dependent reductase from holoreductase. For 96% FAD dependent reductase, the overall yield was 12%.^ High FAD dependence was matched by a low FAD content, with FAD/FMN as low as 0.015. There were three molecules of FMN for every four molecules of reductase. The aporeductase had negligible activity towards cytochrome c, ferricyanide, menadione, dichlorophenolindophenol, nitro blue tetrazolium, oxygen and acetyl pyridine adenine dinucleotide phosphate. A four minute incubation in FAD reconstituted one half to all of the specific activity, per milligram protein, of untreated reductase, depending upon the substrate. After a two hour reconstitution, the reductase eluted from hydroxylapatite at the location of holoreductase. It had little flavin dependence, was equimolar in FMN and FAD, and had nearly the specific activity (per mole flavin) of untreated reductase.^ The lack of activity and the ability of FMN to also reconstitute suggest that the redox center of FAD is essential for catalysis, rather than for structure. Dependence upon FAD is consistent with existing hypotheses for the catalytic cycle of the reductase. ^

Liquid-Crystalline Dendrimers Designed by Click Chemistry

Liquid-crystalline dendrimers have been prepared from second-generation Percec-type poly(benzyl ether) dendrons or second-generation poly(aryl ester) dendrons carrying cyanobiphenyl mesogens. The Janus dendrimer, which combines the two types of dendromesogens, has also been synthesized. Those compounds have been prepared under copper-catalyzed azide–alkyne cycloaddition conditions. The mesomorphic properties have been studied by thermal analysis (POM, DSC) and small-angle X-ray scattering. Smectic A, nematic, and columnar phases have been observed depending on the dendritic building blocks. The click reaction has proven to be a powerful and elegant synthetic tool for the design of complex dendritic liquid-crystalline architectures.

Real time monitoring of click chemistry self-healing in polymer composites

A photo-healable rubber composite based on effective and fast thiol-alkyne click chemistry as a selfhealing agent prestored in glass capillaries is reported. The click reaction and its effect on the mechanical properties of the composite are monitored in real time by dynamic mechanical analysis, showing that the successful bleeding of healing agents to the crack areas and the effective photoinitiated click reaction result in a 30% storage modulus increase after only 5 min of UV light exposure. X-ray tomography confirms capillary-driven bleeding of reactants to the damaged areas. The effect of storing the click chemistry reactants in separate capillaries is also studied, and results show the importance of stoichiometry in achieving a significant level of repair of the composite. No reactant degradation or premature chemical reaction is observed over time in samples stored in the absence of UV radiation; they are able to undergo the self-healing reaction even one month after preparation.

Structural basis for chemical inhibition of human blood coagulation factor Xa

Factor Xa, the converting enzyme of prothrombin to thrombin, has emerged as an alternative (to thrombin) target for drug discovery for thromboembolic diseases. An inhibitor has been synthesized and the crystal structure of the complex between Des[1–44] factor Xa and the inhibitor has been determined by crystallographic methods in two different crystal forms to 2.3- and 2.4-Å resolution. The racemic mixture of inhibitor FX-2212, (2RS)-(3′-amidino-3-biphenylyl)-5-(4-pyridylamino)pentanoic acid, inhibits factor Xa activity by 50% at 272 nM in vitro. The S-isomer of FX-2212 (FX-2212a) was found to bind to the active site of factor Xa in both crystal forms. The biphenylamidine of FX-2212a occupies the S1-pocket, and the pyridine ring makes hydrophobic interactions with the factor Xa aryl-binding site. Several water molecules meditate inhibitor binding to residues in the active site. In contrast to the earlier crystal structures of factor Xa, such as those of apo-Des[1–45] factor Xa and Des[1–44] factor Xa in complex with a naphthyl inhibitor DX-9065a, two epidermal growth factor-like domains of factor Xa are well ordered in both our crystal forms as well as the region between the two domains, which recently was found to be the binding site of the effector cell protease receptor-1. This structure provides a basis for designing next generation inhibitors of factor Xa.

A coupled proton-transfer and twisting-motion fluorescence probe for lipid bilayers

A new and sensitive molecular probe, 2-(2′-hydroxyphenyl)imidazo[1,2-a]pyridine (HPIP), for monitoring structural changes in lipid bilayers is presented. Migration of HPIP from water into vesicles involves rupture of hydrogen (H) bonds with water and formation of an internal H bond once the probe is inside the vesicle. These structural changes of the dye allow the occurrence of a photoinduced intramolecular proton-transfer reaction and a subsequent twisting/rotational process upon electronic excitation of the probe. The resulting large Stokes-shifted fluorescence band depends on the twisting motion of the zwitterionic phototautomer and is characterized in vesicles of dimyristoyl-phosphatidylcholine and in dipalmitoyl-phosphatidylcholine at the temperature range of interest and in the presence of cholesterol. Because the fluorescence of aqueous HPIP does not interfere in the emission of the probe within the vesicles, HPIP proton-transfer/twisting motion fluorescence directly allows us to monitor and quantify structural changes within bilayers. The static and dynamic fluorescence parameters are sensitive enough to such changes to suggest this photostable dye as a potential molecular probe of the physical properties of lipid bilayers.

Na–H Exchange Acts Downstream of RhoA to Regulate Integrin-induced Cell Adhesion and Spreading

The ubiquitously expressed Na–H exchanger NHE1 functions in regulating intracellular pH and cell volume. NHE1 activity is stimulated by hormones, growth factors, and activation of integrin receptors. We recently determined that NHE1 activity is also stimulated by activation of the low molecular weight GTPase RhoA and that increases in NHE1 activity are necessary for RhoA-induced formation of actin stress fibers. We now show that NHE1 acts downstream of RhoA to modulate initial steps in integrin signaling for the assembly of focal adhesions. Adhesion of CCL39 fibroblasts on fibronectin was markedly delayed in the presence of the NHE inhibitor ethylisopropylamiloride. In mutant PS120 cells, derived from CCL39 fibroblasts but lacking NHE1, adhesion was also delayed but was rescued in PS120 cells stably expressing NHE1. In the absence of NHE1 activity, cell spreading was inhibited, and the accumulation of integrins, paxillin, and vinculin at focal contacts was impaired. Additionally, tyrosine phosphorylation of p125FAK induced by integrin clustering was also impaired. Inactivation of RhoA with C3 transferase and inhibition of the Rho-kinase p160ROCK with the pyridine derivative Y-27632 completely abolished activation of NHE1 by integrins but not by platelet-derived growth factor. These findings indicate that NHE1 acts downstream of RhoA to contribute a previously unrecognized critical signal to proximal events in integrin-induced cytoskeletal reorganization.

Selective disruption of protein aggregation by cyclodextrin dimers

β-Cyclodextrin (CD) dimers (n = 11) were synthesized and tested against eight enzymes, seven of which were dimeric or tetrameric, for inhibitor activity. Initial screening showed that only l-lactate dehydrogenase and citrate synthase were inhibited but only by two specific CD dimers in which two β-CDs were linked on the secondary face by a pyridine-2,6-dicarboxylic group. Further investigation suggested that these CD dimers inhibit the activity of l-lactate dehydrogenase and citrate synthase at least in part by disruption of protein–protein aggregation.

Selenoprotein oxidoreductase with specificity for thioredoxin and glutathione systems

Thioredoxin (Trx) and glutathione (GSH) systems are considered to be two major redox systems in animal cells. They are reduced by NADPH via Trx reductase (TR) or oxidized GSH (GSSG) reductase and further supply electrons for deoxyribonucleotide synthesis, antioxidant defense, and redox regulation of signal transduction, transcription, cell growth, and apoptosis. We cloned and characterized a pyridine nucleotide disulfide oxidoreductase, Trx and GSSG reductase (TGR), that exhibits specificity for both redox systems. This enzyme contains a selenocysteine residue encoded by the TGA codon. TGR can reduce Trx, GSSG, and a GSH-linked disulfide in in vitro assays. This unusual substrate specificity is achieved by an evolutionary conserved fusion of the TR and glutaredoxin domains. These observations, together with the biochemical probing and molecular modeling of the TGR structure, suggest a mechanism whereby the C-terminal selenotetrapeptide serves a role of a protein-linked GSSG and shuttles electrons from the disulfide center within the TR domain to either the glutaredoxin domain or Trx.

Carcinogen-specific induction of genetic instability

It has been proposed recently that the type of genetic instability in cancer cells reflects the selection pressures exerted by specific carcinogens. We have tested this hypothesis by treating immortal, genetically stable human cells with representative carcinogens. We found that cells resistant to the bulky-adduct-forming agent 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP) exhibited a chromosomal instability (CIN), whereas cells resistant to the methylating agent N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) exhibited a microsatellite instability (MIN) associated with mismatch repair defects. Conversely, we found that cells purposely made into CIN cells are resistant to PhIP, whereas MIN cells are resistant to MNNG. These data demonstrate that exposure to specific carcinogens can indeed select for tumor cells with distinct forms of genetic instability and vice versa.

Oxidative Damage in Pea Plants Exposed to Water Deficit or Paraquat1

The application of a moderate water deficit (water potential of −1.3 MPa) to pea (Pisum sativum L. cv Lincoln) leaves led to a 75% inhibition of photosynthesis and to increases in zeaxanthin, malondialdehyde, oxidized proteins, and mitochondrial, cytosolic, and chloroplastic superoxide dismutase activities. Severe water deficit (−1.9 MPa) almost completely inhibited photosynthesis, decreased chlorophylls, β-carotene, neoxanthin, and lutein, and caused further conversion of violaxanthin to zeaxanthin, suggesting damage to the photosynthetic apparatus. There were consistent decreases in antioxidants and pyridine nucleotides, and accumulation of catalytic Fe, malondialdehyde, and oxidized proteins. Paraquat (PQ) treatment led to similar major decreases in photosynthesis, water content, proteins, and most antioxidants, and induced the accumulation of zeaxanthin and damaged proteins. PQ decreased markedly ascorbate, NADPH, ascorbate peroxidase, and chloroplastic Fe-superoxide dismutase activity, and caused major increases in oxidized glutathione, NAD+, NADH, and catalytic Fe. It is concluded that, in cv Lincoln, the increase in catalytic Fe and the lowering of antioxidant protection may be involved in the oxidative damage caused by severe water deficit and PQ, but not necessarily in the incipient stress induced by moderate water deficit. Results also indicate that the tolerance to water deficit in terms of oxidative damage largely depends on the legume cultivar.

Direct evidence for secondary loss of mitochondria in Entamoeba histolytica.

Archezoan protists are though to represent lineages that diverged from other eukaryotes before acquisition of the mitochondrion and other organelles. The parasite Entamoeba histolytica was originally included in this group. Ribosomal RNA based phylogenies, however, place E. histolytica on a comparatively recent branch of the eukaryotic tree, implying that its ancestors had these structures. In this study, direct evidence for secondary loss of mitochondrial function was obtained by isolating two E. histolytica genes encoding proteins that in other eukaryotes are localized in the mitochondrion: the enzyme pyridine nucleotide transhydrogenase and the chaperonin cpn60. Phylogenetic analysis of the E. histolytica homolog of cpn60 confirmed that it is specifically related to the mitochondrial lineage. The data suggest that a mitochondrial relic may persist in this organism. Similar studies are needed in archezoan protists to ascertain which, if any, eukaryotic lineages primitively lack mitochondria.

Estudo da seletividade de catalisadores a base de cobre e paládio em transformações de hidrocarbonetos insaturados

Compreender a correlação entre as características de um catalisador particular e seu desempenho catalítico tem sido um dos principais objetos da pesquisa em catálise heterogênea a fim de usar esse conhecimento para o desenho racional de catalisadores mais ativos, seletivos e estáveis. A seletividade é um dos fatores mais importantes a ser controlado pelo desenho de catalisadores, podendo ser alcançada de diversas maneiras, levando-se em consideração mudanças do tipo estrutural, química, eletrônica, de composição, de cinética e de energia. O trabalho descrito nessa tese de doutorado compreende a síntese e caracterização de catalisadores compostos de nanopartículas de óxido de cobre, paládio e cobre-paládio e seu estudo em reações de hidrogenação e oxidação seletivas de hidrocarbonetos insaturados. Os catalisadores foram preparados através da deposição de nanopartículas dos metais cataliticamente ativos sobre suportes magneticamente recuperáveis compostos de nanopartículas de magnetita revestidas por sílica com superfícies funcionalizada com diferentes grupos orgânicos. A natureza magnética do suporte permitiu a fácil separação do catalisador do meio reacional pela simples aproximação de um ímã na parede do reator. O catalisador pôde ser completamente separado da fase líquida, fazendo com que a utilização de outros métodos de separação como filtração e centrifugação, comumente utilizados em sistemas heterogêneos líquidos, fossem completamente dispensados. Os catalisadores foram inicialmente testados em reações de hidrogenação de alquenos e alquinos. As reações de hidrogenação foram realizadas utilizando hidrogênio molecular como agente redutor, dispensando a utilização de agentes redutores mais agressivos. Os catalisadores compostos de NPs de Pd mostram excelente atividade e capacidade de reutilização na hidrogenação de cicloexeno, podendo ser utilizados em até 15 ciclos sem perda de atividade. Nas reações de hidrogenação de alquinos, os catalisadores que contêm cobre mostraram maior seletividade para a obtenção dos produtos de semi-hidrogenação, com destaque para o catalisador composto de NPs de CuPd, que não apresenta nem traços do produto de hidrogenação completa na amostra final. Esse catalisador bimetálico alia as características do paládio (elevada atividade) e do cobre (elevada seletividade) para fornecer um catalisador ativo e seletivo para a transformação desejada. Além disso, os grupos funcionais presentes na superfície do suporte catalítico mostraram influência na atividade e seletividade para a hidrogenação de alquenos e alquinos. Os catalisadores sintetizados também foram testados na reação de oxidação de cicloexeno e mostraram seletividade para a produção do composto carbonílico α,β-insaturado, cicloex-2-en-1-ona, que é um reagente de partida de grande interesse para a síntese de diversos materiais na indústria química. As reações de oxidação foram realizadas utilizando-se apenas O2 como oxidante primário, dispensando o uso de oxidantes tóxicos como cromatos, permanganatos ou compostos halogenados, que não são recomendados do ponto de vista ambiental. Os catalisadores sintetizados puderam ser reutilizados em sucessivos ciclos de oxidação, mostrando seletividade para a formação dos produtos alílicos em todos os ciclos. Os catalisadores foram estáveis sob as condições reacionais e não apresentaram problemas de lixiviação da espécie ativa para o meio reacional, que é comum na catálise heterogênea. Um estudo cinético mostrou que, mesmo no início da reação, o catalisador tem seletividade para a ocorrência de oxidação alílica em detrimento da reação de oxidação direta que dá origem ao epóxidos correspondente, e se mostrou condizente com o mecanismo proposto na literatura para a reação de oxidação de alquenos via radicalar.

Propriedades fotoquímicas de alguns complexos de ferro(II) e rênio(I)

Neste trabalho, foram estudadas as propriedades fotoquímica e/ou fotofísica de alguns compostos de coordenação de rênio(l) e ferro(I I). A irradiação dos complexos fac-[Re(CO)3(NN)(trans-L)]+, NN= 4,7-difenil-1,10- fenantrolina (ph2phen) ou 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) e L = 1,2-bis(4-piridil)etileno (bpe) ou 4-estirilpiridina (stpy), em acetonitrila ou em filme de poli(metacrilato de metila) (PMMA) resulta em variações espectrais condizentes com a fotoisomerização trans-cis do ligante coordenado. A determinação dos rendimentos quânticos para a fotorreação pela variação espectral resultou em valores aparentes, uma vez que o reagente e o fotoproduto absorvem na mesma região. Para a determinação do rendimento quântico real, Φreal, utilizou-se a técnica de 1H RMN, na qual os sinais do fotoproduto e do reagente são observados em regiões distintas com diferentes constantes de acoplamento. Os valores de Φreal obtidos para fac-[Re(CO)3h(NN)(trans-bpe)]+ (ph2phen: Φ313= 0,43 ± 0,03; Φ365= 0,44 ± 0,02; Φ404= 0,43 ± 0,02; Clphen: Φ313= 0,56 ± 0,03; Φ365= 0,55 ± 0,04; Φ404= 0,57 ± 0,06) são independentes do comprimento de onda de irradiação, indicando a existência de um único canal para a população do estado excitado 3ILtrans-bpe. Por outro lado, para fac-[Re(CO)3(NN)(trans-stpy)]+, os valores de Φreal sob irradiação a 404 nm são menores que os determinados para os demais comprimentos de onda de irradiação (ph2phen: Φ313= 0,60 ± 0,05; Φ365= 0,64 ± 0,09; Φ404= 0,42 ± 0,03; Clphen: Φ313= 0,52 ± 0,05; Φ365= 0,58 ± 0,02; Φ404= 0,41 ± 0,06), indicando que, a energias maiores, em que o Iigante absorve significativamente, deve existir a contribuição de outro canal para a população do estado excitado 3ILtrans-stpy. A eficiência do fotoprocesso foi avaliada por meio da substituição dos ligantes NN e/ou L, e a diferença nos valores de Φreal entre os complexos deve estar relacionada principalmente com as distintas eficiências de cruzamento intersistemas. o fotoprocesso altera as propriedades fotofísicas desses complexos. Os isômeros trans apresentam fraca ou nenhuma emissão a 298 K, enquanto os fotoprodutos, fac-[Re(CO)3(NN)(cis-L)]+, apresentam intensa luminescência dominada pelo estado excitado 3MLCTRe→NN, que é sensivel à rigidez do meio. A reatividade fotoquímica dos pentacianoferratos(II) [Fe(CN)5 (NN)]3-, NN= 2aminobenzilamina (aba), 2-aminobenzamida (ab), 2-(dimetilaminometil)-3-hidroxipiridina (dmampy), 2-aminometilpiridina (ampy), 2-aminoetilpiridina (aepy) ou 2-(2metilaminoetil) piridina (maepy), também foi investigada. A irradiação desses complexos resulta na fotossubstituição do CN-, a qual só pode ser detectada quando o ligante possui um segundo grupo coordenante nas proximidades da esfera de coordenação. Os rendimentos quânticos da fotossubstituição são dependentes do comprimento de onda de irradiação (Φ313= 0,13 ± 0,01; Φ334= 0,091 ± 0,001; Φ365= 0,056 ± 0,002; Φ404= 0,022 ± 0,002; Φ436= 0,015 ± 0,001, por exemplo, para NN = aba) e indicam a existência de canais distintos pelos quais a fotorreação ocorre ou as diferentes eficiências de cruzamento intersistema para a população do estado excitado reativo. A eficiência do fotoprocesso também depende do Iigante utilizado (λirr= 365 nm: Φaba= 0,056, Φab= 0,14, Φampy= 0,046, Φaepy= 0,066, Φmaepy= 0,069 e Φdmampy= 0,12). Na série das diaminas, o rendimento quântico é maior para [Fe(CN)5(ab)]3-, que possui dois sítios para ocorrer o fechamento do anel. Na série das aminopiridinas, observa-se a influência do comprimento da cadeia na eficiência do fechamento do anel. A presença de metilas ligadas ao nitrogênio alifático deve ter pouca ou nenhuma influência na eficiência do fotoprocesso.

Avaliação da inervação entérica e análise proteômica do intestino delgado de ratos expostos à dose aguda ou crônica de fluoreto

O trato gastrointestinal (TGI) é a principal rota de exposição ao fluoreto (F) e o seu mais importante sítio de absorção. Acredita-se que a toxicidade do F comprometa a fisiologia do intestino, devido à relevante sintomatologia gastrointestinal relatada em consequência da exposição excessiva ao F. A função intestinal é controlada por uma complexa rede neuronal interligada e incorporada à parede deste órgão, denominada Sistema Nervoso Entérico (SNE). Embora os efeitos tóxicos do F sobre o Sistema Nervoso Central sejam descritos na literatura, não há estudos relacionados à sua toxicidade sobre o SNE. Neste estudo realizado em ratos, foi avaliado o efeito da exposição aguda ou crônica ao F, sobre a população geral de neurônios entéricos e sobre as subpopulações que expressam os principais neurotransmissores entéricos: Acetilcolina (ACh), Óxido Nítrico (NO), Peptídeo Vasoativo Intestinal (VIP), Peptídeo Relacionado ao Gene da Calcitonina (CGRP) e Substância P (SP). Os animais foram divididos em 5 grupos: 3 destinados à exposição crônica (0 ppm, 10 ppm ou 50 ppm de F na água de beber) e 2 à exposição aguda (0 ou 25 mgF/Kg por gavagem gástrica). Foram coletados os 3 segmentos do intestino delgado (duodeno, jejuno e íleo) e processados para a detecção da HuC/D, ChAT, nNOS, VIP, CGRP e SP, através de técnicas de imunofluorescência, no plexo mioentérico. Foram obtidas imagens para a realização da análise quantitativa dos neurônios da população geral (HuC/D) e nitrérgicos (imunorreativos à nNOS); e morfométrica dos neurônios imunorreativos à HuC/D ou nNOS; e das varicosidades imunorreativas à ChAT, VIP, CGRP ou SP. Amostras dos 3 segmentos intestinais foram preparadas e coradas em Hematoxilina e Eosina para análise histológica da morfologia básica. O segmento intestinal considerado mais afetado na análise morfométrica da população geral de neurônios, o duodeno, foi selecionado para a realização da análise proteômica, com o objetivo de oferecer o seu perfil proteico e determinar diferenças na expressão proteica em decorrência da exposição crônica ou aguda ao F. A análise da concentração de F no plasma sanguíneo foi realizada para a confirmação da exposição. Na análise quantitativa, o grupo de 50 ppm F, apresentou uma diminuição significativa na densidade da população geral de neurônios do jejuno e do íleo e na densidade dos neurônios imunorreativos à nNOS no duodeno e no jejuno. Quanto à análise morfométrica, a população geral e as subpopulações neuronais entéricas avaliadas apresentaram alterações morfológicas significativas, tanto após a exposição crônica quanto a aguda. Para a análise proteômica do duodeno, verificou-se que da associação de seus genes a um termo, e assim classificadas de acordo com diferentes processos biológicos. No caso do grupo da dose aguda, o processo biológico com a maior porcentagem de genes associados foi a geração de metabólitos precursores e energia (27% das proteínas); enquanto para os grupos de 10 e 50 ppm F foram o processo metabólico da piridina (41%) e a polimerização proteica (33%), respectivamente.