Plasma cytokine response, lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle following maximum progressive swimming

Our objective was to determine lipid peroxidation and nuclear factor-κB (NF-κB) activation in skeletal muscle and the plasma cytokine profile following maximum progressive swimming. Adult male Swiss mice (N = 15) adapted to the aquatic environment were randomly divided into three groups: immediately after exercise (EX1), 3 h after exercise (EX2) and control. Animals from the exercising groups swam until exhaustion, with an initial workload of 2% of body mass attached to the tail. Control mice did not perform any exercise but were kept immersed in water for 20 min. Maximum swimming led to reactive oxygen species (ROS) generation in skeletal muscle, as indicated by increased thiobarbituric acid reactive species (TBARS) levels (4062.67 ±1487.10 vs 19,072.48 ± 8738.16 nmol malondialdehyde (MDA)/mg protein, control vs EX1). Exercise also promoted NF-κB activation in soleus muscle. Cytokine secretion following exercise was marked by increased plasma interleukin-6 (IL-6) levels 3 h post-exercise (P < 0.05). Interleukin-10 (IL-10) levels were reduced following exercise and remained reduced 3 h post-exercise (P < 0.05). Plasma levels of other cytokines investigated, monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interferon-gamma (IFN-γ) and interleukin-12 (IL-12), were not altered by exercise. The present findings showed that maximum swimming, as well as other exercise models, led to lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle and increased plasma IL-6 levels. The plasma cytokine response was also marked by reduced IL-10 levels. These results were attributed to exercise type and intensity.

Effects of high-intensity intermittent training on carnitine palmitoyl transferase activity in the gastrocnemius muscle of rats

We examined the capacity of high-intensity intermittent training (HI-IT) to facilitate the delivery of lipids to enzymes responsible for oxidation, a task performed by the carnitine palmitoyl transferase (CPT) system in the rat gastrocnemius muscle. Male adult Wistar rats (160-250 g) were randomly distributed into 3 groups: sedentary (Sed, N = 5), HI-IT (N = 10), and moderate-intensity continuous training (MI-CT, N = 10). The trained groups were exercised for 8 weeks with a 10% (HI-IT) and a 5% (MI-CT) overload. The HI-IT group presented 11.8% decreased weight gain compared to the Sed group. The maximal activities of CPT-I, CPT-II, and citrate synthase were all increased in the HI-IT group compared to the Sed group (P < 0.01), as also was gene expression, measured by RT-PCR, of fatty acid binding protein (FABP; P < 0.01) and lipoprotein lipase (LPL; P < 0.05). Lactate dehydrogenase also presented a higher maximal activity (nmol·min-1·mg protein-1) in HI-IT (around 83%). We suggest that 8 weeks of HI-IT enhance mitochondrial lipid transport capacity thus facilitating the oxidation process in the gastrocnemius muscle. This adaptation may also be associated with the decrease in weight gain observed in the animals and was concomitant to a higher gene expression of both FABP and LPL in HI-IT, suggesting that intermittent exercise is a "time-efficient" strategy inducing metabolic adaptation.

Glial cell activity is maintained during prolonged inflammatory challenge in rats

We evaluated the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), glutamine synthetase (GS), ionized calcium binding adaptor protein-1 (Iba-1), and ferritin in rats after single or repeated lipopolysaccharide (LPS) treatment, which is known to induce endotoxin tolerance and glial activation. Male Wistar rats (200-250 g) received ip injections of LPS (100 µg/kg) or saline for 6 days: 6 saline (N = 5), 5 saline + 1 LPS (N = 6) and 6 LPS (N = 6). After the sixth injection, the rats were perfused and the brains were collected for immunohistochemistry. After a single LPS dose, the number of GFAP-positive cells increased in the hypothalamic arcuate nucleus (ARC; 1 LPS: 35.6 ± 1.4 vs control: 23.1 ± 2.5) and hippocampus (1 LPS: 165.0 ± 3.0 vs control: 137.5 ± 2.5), and interestingly, 6 LPS injections further increased GFAP expression in these regions (ARC = 52.5 ± 4.3; hippocampus = 182.2 ± 4.1). We found a higher GS expression only in the hippocampus of the 6 LPS injections group (56.6 ± 0.8 vs 46.7 ± 1.9). Ferritin-positive cells increased similarly in the hippocampus of rats treated with a single (49.2 ± 1.7 vs 28.1 ± 1.9) or repeated (47.6 ± 1.1 vs 28.1 ± 1.9) LPS dose. Single LPS enhanced Iba-1 in the paraventricular nucleus (PVN: 92.8 ± 4.1 vs 65.2 ± 2.2) and hippocampus (99.4 ± 4.4 vs 73.8 ± 2.1), but had no effect in the retrochiasmatic nucleus (RCA) and ARC. Interestingly, 6 LPS increased the Iba-1 expression in these hypothalamic and hippocampal regions (RCA: 57.8 ± 4.6 vs 36.6 ± 2.2; ARC: 62.4 ± 6.0 vs 37.0 ± 2.2; PVN: 100.7 ± 4.4 vs 65.2 ± 2.2; hippocampus: 123.0 ± 3.8 vs 73.8 ± 2.1). The results suggest that repeated LPS treatment stimulates the expression of glial activation markers, protecting neuronal activity during prolonged inflammatory challenges.

Use of inflammatory molecules to predict the occurrence of fever in onco-hematological patients with neutropenia

Febrile neutropenia remains a frequent complication in onco-hematological patients, and changes in the circulating level of inflammatory molecules (IM) may precede the occurrence of fever. The present observational prospective study was carried out to evaluate the behavior of plasma tumor necrosis factor alpha (TNF-α), soluble TNF-α I and II receptors (sTNFRI and sTNFRII), monocyte chemoattractant protein-1 [MCP-1 or chemokine (c-c motif) ligand 2 (CCL2)], macrophage inflammatory protein-1α (MIP-1α or CCL3), eotaxin (CCL11), interleukin-8 (IL-8 or CXCL8), and interferon-inducible protein-10 (IP-10 or CXCL10) in 32 episodes of neutropenia in 26 onco-hematological patients. IM were tested on enrollment and 24-48 h before the onset of fever and within 24 h of the first occurrence of fever. Eight of 32 episodes of neutropenia did not present fever (control group) and the patients underwent IM tests on three different occasions. sTNFRI levels, measured a median of 11 h (1-15) before the onset of fever, were significantly higher in patients presenting fever during follow-up compared to controls (P = 0.02). Similar results were observed for sTNFRI and CCL2 levels (P = 0.04 for both) in non-transplanted patients. A cut-off of 1514 pg/mL for sTNFRI was able to discriminate between neutropenic patients with or without fever during follow-up, with 65% sensitivity, 87% specificity, and 93% positive predictive value. Measurement of the levels of plasma sTNFRI can be used to predict the occurrence of fever in neutropenic patients.

Identification of microRNAs and mRNAs associated with multidrug resistance of human laryngeal cancer Hep-2 cells

Multidrug resistance (MDR) poses a serious impediment to the success of chemotherapy for laryngeal cancer. To identify microRNAs and mRNAs associated with MDR of human laryngeal cancer Hep-2 cells, we developed a multidrug-resistant human laryngeal cancer subline, designated Hep-2/v, by exposing Hep-2 cells to stepwise increasing concentrations of vincristine (0.02-0.96'µM). Microarray assays were performed to compare the microRNA and mRNA expression profiles of Hep-2 and Hep-2/v cells. Compared to Hep-2 cells, Hep-2/v cells were more resistant to chemotherapy drugs (∼45-fold more resistant to vincristine, 5.1-fold more resistant to cisplatin, and 5.6-fold more resistant to 5-fluorouracil) and had a longer doubling time (42.33±1.76 vs 28.75±1.12'h, P<0.05), higher percentage of cells in G0/G1 phase (80.98±0.52 vs69.14±0.89, P<0.05), increased efflux of rhodamine 123 (95.97±0.56 vs 12.40±0.44%, P<0.01), and up-regulated MDR1 expression. A total of 7 microRNAs and 605 mRNAs were differentially expressed between the two cell types. Of the differentially expressed mRNAs identified, regulator of G-protein signaling 10, high-temperature requirement protein A1, and nuclear protein 1 were found to be the putative targets of the differentially expressed microRNAs identified. These findings may open a new avenue for clarifying the mechanisms responsible for MDR in laryngeal cancer.

Role of chemokines in promoting instability of coronary atherosclerotic plaques and the underlying molecular mechanism

Our aim was to investigate the role of chemokines in promoting instability of coronary atherosclerotic plaques and the underlying molecular mechanism. Coronary angiography and intravascular ultrasound (IVUS) were performed in 60 stable angina pectoris (SAP) patients and 60 unstable angina pectoris (UAP) patients. The chemotactic activity of monocytes in the 2 groups of patients was examined in Transwell chambers. High-sensitivity C-reactive protein (hs-CRP), monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), regulated on activation in normal T-cell expressed and secreted (RANTES), and fractalkine in serum were examined with ELISA kits, and expression of MCP-1, RANTES, and fractalkine mRNA was examined with real-time PCR. In the SAP group, 92 plaques were detected with IVUS. In the UAP group, 96 plaques were detected with IVUS. The plaques in the UAP group were mainly lipid 51.04% (49/96) and the plaques in the SAP group were mainly fibrous 52.17% (48/92). Compared with the SAP group, the plaque burden and vascular remodeling index in the UAP group were significantly greater than in the SAP group (P<0.01). Chemotactic activity and the number of mobile monocytes in the UAP group were significantly greater than in the SAP group (P<0.01). Concentrations of hs-CRP, MCP-1, RANTES, and fractalkine in the serum of the UAP group were significantly higher than in the serum of the SAP group (P<0.05 or P<0.01), and expression of MCP-1, RANTES, and fractalkine mRNA was significantly higher than in the SAP group (P<0.05). MCP-1, RANTES, and fractalkine probably promote instability of coronary atherosclerotic plaque.

Antibacterial and anti-inflammatory activities of an extract, fractions, and compounds isolated from Gochnatia pulchra aerial parts

This paper reports on the in vitro antibacterial and in vivo anti-inflammatory properties of a hydroethanolic extract of the aerial parts of Gochnatia pulchra (HEGP). It also describes the antibacterial activity of HEGP fractions and of the isolated compounds genkwanin, scutellarin, apigenin, and 3,5-O-dicaffeoylquinic acid, as evaluated by a broth microdilution method. While HEGP and its fractions did not provide promising results, the isolated compounds exhibited pronounced antibacterial activity. The most sensitive microorganism was Streptococcus pyogenes, with minimum inhibitory concentration (MIC) values of 100, 50 and 25 µg/mL for genkwanin and the flavonoids apigenin and scutellarin, respectively. Genkwanin produced an MIC value of 25 µg/mL against Enterococcus faecalis. A paw edema model in rats and a pleurisy inflammation model in mice aided investigation of the anti-inflammatory effects of HEGP. This study also evaluated the ability of HEGP to modulate carrageenan-induced interleukin-1 beta (IL-1β), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) production. Orally administered HEGP (250 and 500 mg/kg) inhibited carrageenan-induced paw edema. Regarding carrageenan-induced pleurisy, HEGP at 50, 100, and 250 mg/kg diminished leukocyte migration by 71.43%, 69.24%, and 73.34% (P<0.05), respectively. HEGP suppressed IL-1β and MCP-1 production by 55% and 50% at 50 mg/kg (P<0.05) and 60% and 25% at 100 mg/kg (P<0.05), respectively. HEGP abated TNF-α production by macrophages by 6.6%, 33.3%, and 53.3% at 100, 250, and 500 mg/kg (P<0.05), respectively. HEGP probably exerts anti-inflammatory effects by inhibiting production of the pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-1β, and MCP-1.

Deoxynivalenol (DON) degradation and peroxidase enzyme activity in submerged fermentation

This work aims to evaluate deoxynivalenol degradation by Aspergillus oryzae and Rhizopus oryzae in a submerged fermentation system and to correlate it to the activity of oxydo-reductase enzymes. The submerged medium consisted of sterile distilled water contaminated with 50 μg of DON and 4 × 10(6) spore.mL-1 inoculum of Aspergillus oryzae and Rhizopus oryzae species, respectively in each experiment. Sampling was performed every 24 hours for monitoring the peroxidase specific activity, and every 48 hours for determining mycotoxin levels. Results showed that the fungi species were able to decrease DON levels as the peroxidase activity increased. The 48 hours fermentation interval presented the highest peroxidase specific activity (ΔABS/minute.μg.protein-1), 800 and 198, while the highest DON degradation velocity was 10.8 and 12.4 ppb/hour, respectively in both cases for Rhizopus oryzae and Aspergillus oryzae.

Characterization of fruits from the savanna: Araça (Psidium guinnensis Sw.) and Marolo (Annona crassiflora Mart.)

The objective of this work was to characterize fruits from the Brazilian savanna by means of physical and chemical analyses. The results obtained for araça peel, araça pulp and marolo pulp, respectively, were: moisture (77.03, 80.41 and 70.56 g.100 g-1), ash (0.65, 0.44 and 0.54 g.100 g-1), protein (1.39, 1.87 and 1.99 g.100 g-1), lipids (0.32, 0.33 and 2.36 g.100 g-1), total carbohydrates (90.88 , 78.25 and 24.55 g.100 g-1), total soluble sugars (8.45, 9.99 and 127.4 g.100 g-1), pH (3.76, 3.99 and 4.49), soluble solids (11° Brix, 8.8 °Brix and 21.4 °Brix) and antioxidant potential (16.33, 12.75 and 34.29 discoloration DPPH/100 mL). Calcium was the predominant mineral in araça (490 mg.kg-1 peel and 485 mg.kg-1 pulp) while magnesium was in marolo (350 mg.kg-1). Citric acid was the predominant organic acid in araça (3125 μg.g-1 peel and 881.25 μg.g-1 pulp) and Malic acid was predominant in marolo (76.68 μg.g-1). Therefore, given their nutrient contents, the consumption of these fruits from the savanna should be encouraged.

Soymilk plain beverages: correlation between acceptability and physical and chemical characteristics

The objective of the research was to relate the physical and chemical characteristics of soymilk plain beverages to its sensory acceptance. Five commercial products and a new product formulated based on the less accepted sample were used. The overall acceptance was evaluated by 102 assessors using a 10-point hybrid hedonic scale. The hedonic scores ranged from 3.8 (sample E) to 7.0 (A). Most assessors (55%) preferred sample A, which was viscous (26.6 cp), dark (L* = 77.7), and slightly acidic (pH = 6.6). Sample C, which had lower solid content and higher acidity, was preferred by 29% of the assessors. These two beverages showed the greatest commercial potential of the products analyzed. The least-accepted sample (E), preferred by 8% of the assessors, had a lighter color (L* = 96.8), lower viscosity (13.5 cp), higher lipid content (2.2 g/100 g), and less protein (1.68 g/100 g) than the other products evaluated. A reformulation of the least preferred product (E) with the addition of maltodextrin and also vanilla and milk flavors increased its acceptance, yielding an average score of 7.2. Overall, it was observed that a soymilk plain beverage with higher viscosity, darker color, and higher protein content best meets consumer expectations.

The role of water in determining structure and function of macromolecules and macromolecular assemblies /

The interaction of biological molecules with water is an important determinant of structural properties both in molecular assemblies, and in conformation of individual macromolecules. By observing the effects of manipulating the activity of water (which can be accomplished by limiting its concentration or by adding additional solutes, "osmotic stress"), one can learn something about intrinsic physical properties of biological molecules as well as measure an energetic contribution of closely associated water molecules to overall equilibria in biological reactions. Here two such studies are reported. The first of these examines several species of lysolipid which, while present in relatively low concentrations in biomembranes, have been shown to affect many cellular processes involving membrane-protein or membrane-membrane interactions. Monolayer elastic constants were determined by combining X-ray diffraction and the osmotic stress technique. Spontaneous radii of curvature of lysophosphatidylcholines were determined to be positive and in the range +30A to +70A, while lysophosphatidylethanolamines proved to be essentially flat. Neither lysolipid significantly affected the bending modulus of the monolayer in which it was incorporated. The second study examines the role of water in theprocess of polymerization of actin into filaments. Water activity was manipulated by adding osmolytes and the effect on the equilibrium dissociation constant (measured as the criticalmonomer concentration) was determined. As water activity was decreased, the critical concentration was reduced for Ca-actin but not for Mg-actin, suggesting that 10-12 fewer water molecules are associated with Ca-actin in the polymerized state. Thisunexpectedly small amount of water is discussed in the context of the common structural motif of a nucleotide binding cleft.

Évaluation neurobiologique des souris spontanément hypertendues : Du vieillissement à la génomique comparative

Le but de cette thèse est premièrement d’évaluer l’effet du vieillissement sur les fonctions psychomotrices des souches de souris sélectionnées génétiquement en fonction de leur tension artérielle (TA); deuxièmement, de localiser les déterminants génétiques des phénotypes psychophysiologiques à partir de souches recombinantes congéniques (RCS). Ces travaux ont mené à la publication de 4 articles. Le premier article décrit l’évaluation des fonctions psychomotrices des souches avec une tension artérielle élevée (HBP), basse (LBP) et normale (NBP). La performance aux épreuves d’exploration, d’habiletés motrices et d’apprentissage spatial, a été mesurée sur deux cohortes âgées respectivement de 12 mois et de trois mois. Indépendamment de l’âge, les HBPs sont hyperactives dans l’open-field (OF), mais pas dans le test d’exploration de trous. Inversement, les LBP explorent moins d’espaces que les NBP et, à trois mois seulement, sont hypoactives dans l’OF. Par ailleurs, les HBPs et les LBP présentent des déficits précoces de coordination motrice et des fonctions visuo-motrices. Le second article concerne l’évaluation longitudinale de la coordination motrice, de l’anxiété et de l’apprentissage spatial des souches HBP, LBP et NBP, à l’âge de deux mois et de 12 mois. Le vieillissement accentue l’hyperactivité des HBPs dans l’OF. Par contre, l’hypoactivité des souris LBP est détectable seulement à l’âge de deux mois. Indépendamment de l’âge, les souris HBP et LBP montrent une perception réduite du danger dans l’épreuve d’anxiété et des dysfonctions visuo-motrices au labyrinthe aquatique. Enfin, des déficits précoces de coordination motrice se manifestent seulement chez les HBPs. Il reste à déterminer si les déficits observés sont liés à des déterminants génétiques indépendants ou secondaires aux altérations de la tension artérielle. Le troisième article présente la comparaison entre les souches consanguines A/J et C57Bl/6J (B6) aux épreuves de l’OF, de la planche à trous, du labyrinthe aquatique et du cintre (coordination motrice). Les B6 explore d’avantage l’OF et la planche à trous. Les B6 sont moins rapides sur le cintre, mais supérieurs aux A/J dans le labyrinthe aquatique, avec une plate-forme invisible ou visible. Ces résultats démontrent l’implication de déterminants génétiques. Cette thèse se termine par un quatrième article sur la localisation des déterminants génétiques de la susceptibilité au stress dans les RCS, dérivées de A/J et B6, et présentant un agencement spécifique de 12.5% du génome. La réactivité émotionnelle est évaluée dans l’OF et le plus-maze; la réponse de stress est mesurée par radio télémétrie de la température interne pendant le stress d’immobilisation (SI) sous diète régulière et riche en sel; l’excrétion des électrolytes urinaires est dosée après 24 heures de diète salée. Les loci les plus significatifs sont situés dans les régions suivantes: de l’émotionalité dans l’OF (Emo1) sur le chr. 1 (LOD=4.6) correspondant à la région homologue impliquée dans la cohorte d’hypertension familiale du Saguenay; de la dopa décarboxylase (ddc) sur le chr. 11 pour l’émergence du plus-maze (LOD=4.7); de la protéine liant l’endotoxine (lbp) sur le chr. 2 pour l’hypothermie initiale en réponse au SI (LOD=4); et de HSP90 sur le chr. 12 pour l’excrétion de Ca++ (LOD=4.6). Des banques de données sont ensuite interrogées pour recenser les polymorphismes des régions régulatrices ou codantes des gènes candidats chez les souches ancestrales A/J et B6, dont les séquences sont disponibles pour le génome entier. Des utilitaires web permettent de dévoiler les changements dans la structure secondaire de l’ARNm, l’interférence avec des microARN ou avec d’autres motifs de liaison. Plusieurs SNPs fonctionnels ont été identifiés pour le QTL du chr. 1, particulièrement dans les éléments de régulation; ceux-ci impliquant des gènes reliés avec les réponses inflammatoire/immunitaire ou avec le système cardiovasculaire. La quantification par la PCR confirme une régulation à la baisse d’atp1a2 dans le cœur et le cerveau des souches susceptibles à l’anxiété. Ces résultats confirment l’intrication des altérations de la susceptibilité au stress et de la régulation de la TA.

Modulation allostérique de la fonction des récepteurs FP et PAF

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel.

Fonction de l'AmtB dans la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus

La fixation de l’azote diatomique est un processus très important à la vie, vu sa nécessité dans la biosynthèse de plusieurs molécules de base; acides aminés, acides nucléiques, etc. La réduction de l’azote en ammoniaque est catalysée par la nitrogénase, une enzyme consommatrice de beaucoup d’énergie étant donné qu’elle nécessite 20 à 30 moles d’ATP pour la réduction d’une mole d’azote. De ce fait une régulation rigoureuse est exigée afin de minimiser le gaspillage d’énergie. Plusieurs systèmes de contrôle sont connus, aussi bien au niveau post-traductionnel que traductionnel. Chez la bactérie photosynthétique pourpre non-sulfureuse R. capsulatus, la régulation de l’activité de la nitrogénase nécessite une panoplie de protéines dont la protéine membranaire AmtB, qui est impliquée dans le transport et la perception d’ammonium, et les protéines PII qui jouent plusieurs rôles clés dans la régulation de l’assimilation d’azote. Suite à l’ajout de l’ammonium dans le milieu, une inhibition réversible de l’activité de la nitrogénase est déclenchée via un mécanisme d’ADP-ribosylation de la nitrogénase. La séquestration de GlnK (une protéine PII) par l’AmtB permet à DraT, une ADP-ribosyltransférase, d’ajouter un groupement ADP-ribose sur la protéine-Fe de la nitrogénase l’empêchant ainsi de former un complexe avec la protéine-MoFe. Donc, le transfert d’électrons est bloqué, engendrant ainsi l’inhibition de l’activité de la nitrogénase qui dure aussi long que la concentration d’azote fixé reste élevé, phénomène appelé le « Switch-off/Switch-on » de la nitrogénase. Dans ce mémoire, pour mieux comprendre ce phénomène de régulation, des mutations ponctuelles au niveau de certains résidus conservés de la protéine AmtB, dont D338, G367, H193 et W237, étaient générées par mutagénèse dirigée, afin d’examiner d’avantage leur rôle dans le transport d’ammonium, la formation du complexe AmtB-GlnK, ainsi que dans le « Switch-off » et l’ADP-ribosylation. Les résultats permettent de conclure l’importance et la nécessité de certains résidus telle que le G367 dans la régulation de la nitrogénase et le transport d’ammonium, contrairement au résidu D338 qui ne semble pas être impliqué directement dans la régulation de l’activité de la nitrogénase. Ces résultats suggèrent d’autres hypothèses sur les rôles des acides aminés spécifiques d’AmtB dans ses fonctions comme transporteur et senseur d’ammonium.

Étude de la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus dans la noirceur

L’atmosphère terrestre est très riche en azote (N2). Mais cet azote diatomique est sous une forme très stable, inutilisable par la majorité des êtres vivants malgré qu’il soit indispensable pour la synthèse de matériels organiques. Seuls les procaryotes diazotrophiques sont capables de vivre avec le N2 comme source d’azote. La fixation d’azote est un processus qui permet de produire des substances aminées à partir de l’azote gazeux présent dans l’atmosphère (78%). Cependant, ce processus est très complexe et nécessite la biosynthèse d’une vingtaine de protéines et la consommation de beaucoup d’énergie (16 molécules d’ATP par mole de N2 fixé). C’est la raison pour laquelle ce phénomène est rigoureusement régulé. Les bactéries photosynthétiques pourpres non-sulfureuses sont connues pour leur capacité de faire la fixation de l’azote. Les études faites à la lumière, dans le mode de croissance préféré de ces bactéries (photosynthèse anaérobie), ont montré que la nitrogénase (enzyme responsable de la fixation du diazote) est sujet d’une régulation à trois niveaux: une régulation transcriptionnelle de NifA (protéine activatrice de la transcription des gènes nif), une régulation post-traductionnelle de l’activité de NifA envers l’activation de la transcription des autres gènes nif, et la régulation post-traductionnelle de l’activité de la nitrogénase quand les cellules sont soumises à un choc d’ammoniaque. Le système de régulation déjà décrit fait intervenir essentiellement une protéine membranaire, AmtB, et les deux protéines PII, GlnB et GlnK. Il est connu depuis long temps que la nitrogénase est aussi régulée quand une culture photosynthétique est exposée à la noirceur, mais jusqu’aujourd’hui, on ignore encore la nature des systèmes intervenants dans cette régulation. Ainsi, parmi les questions qui peuvent se poser: quelles sont les protéines qui interviennent dans l’inactivation de la nitrogénase lorsqu’une culture anaérobie est placée à la noirceur? Une analyse de plusieurs souches mutantes, amtB- , glnK- , glnB- et amtY- poussées dans différentes conditions de limitation en azote, serait une façon pour répondre à ces interrogations. Alors, avec le suivi de l’activité de la nitrogénase et le Western Blot, on a montré que le choc de noirceur provoquerait un "Switch-off" de l’activité de la nitrogénase dû à une ADP-ribosylation de la protéine Fe. On a réussit aussi à montrer que ii tout le système déjà impliqué dans la réponse à un choc d’ammoniaque, est également nécessaire pour une réponse à un manque de lumière ou d’énergie (les protéines AmtB, GlnK, GlnB, DraG, DraT et AmtY). Or, Rhodobacter capsulatus est capable de fixer l’azote et de croitre aussi bien dans la micro-aérobie à la noirceur que dans des conditions de photosynthèse anaérobies, mais jusqu'à maintenant sa régulation dans l’obscurité est peu étudiée. L’étude de la fixation d’azote à la noirceur nous a permis de montrer que le complexe membranaire Rnf n’est pas nécessaire à la croissance de R. capsulatus dans de telles conditions. Dans le but de développer une façon d’étudier la régulation de la croissance dans ce mode, on a tout d’abord essayé d’identifier les conditions opératoires (O2, [NH4 + ]) permettant à R. capsulatus de fixer l’azote en microaérobie. L’optimisation de cette croissance a montré que la concentration optimale d’oxygène nécessaire est de 10% mélangé avec de l’azote.