Fluvial biofilms: a pertinent tool to assess β-blockers toxicity

Among increasingly used pharmaceutical products, β-blockers have been commonly reported at low concentrations in rivers and littoral waters of Europe and North America. Little is known about the toxicity of these chemicals in freshwater ecosystems while their presence may lead to chronic pollution. Hence, in this study the acute toxicity of 3 β-blockers: metoprolol, propranolol and atenolol on fluvial biofilms was assessed by using several biomarkers. Some were indicative of potential alterations in biofilm algae (photosynthetic efficiency), and others in biofilm bacteria (peptidase activity, bacterial mortality). Propranolol was the most toxic β-blocker, mostly affecting the algal photosynthetic process. The exposure to 531 μg/L of propranolol caused 85% of inhibition of photosynthesis after 24 h. Metoprolol was particularly toxic for bacteria. Though estimated No-Effect Concentrations (NEC) were similar to environmental concentrations, higher concentrations of the toxic (503 μg/L metoprolol) caused an increase of 50% in bacterial mortality. Atenolol was the least toxic of the three tested β-blockers. Effects superior to 50% were only observed at very high concentration (707 mg/L). Higher toxicity of metoprolol and propranolol might be due to better absorption within biofilms of these two chemicals. Since β-blockers are mainly found in mixtures in rivers, their differential toxicity could have potential relevant consequences on the interactions between algae and bacteria within river biofilms

Cortisol influence on testicular testosterone secretion in domestic cat: An in vitro study

The aim of the present experiment was to investigate the effect of corticosteroids (exogen) on in vitro testosterone secretion after stress by transportation (40 minutes). Feline testes (Felis silvestris catus) were incubated in the following media: TCM 199; TCM 199 + hCG 10_7M; TCM 199 + hydrocortisone 10_7M, or TCM 199 + hCG + hydrocortisone. The animals (n=21) were allocated into three groups: (S) that arrived at 3 h prior to surgery, (A) that remained in the laboratory for 36 h before being submitted to surgical procedure, and (C) that were also allowed to remain for 36 hours in the laboratory before the surgical procedure, but whose testes had been incubated with hydrocortisone prior to incubation in the referred media. The results showed that group S secreted higher levels of testosterone, regardless of the culture media. It is noteworthy that the suppressing action of hydrocortisone sodium succinate led to a reduction in the testosterone concentration, despite the presence of hCG.

Effect of exposure to sublethal concentrations of sodium cyanide on the carbohydrate metabolism of the Indian Major Carp Labeo rohita (Hamilton, 1822)

Experiments were designed to study in-vivo effects of sodium cyanide on biochemical endpoints in the freshwater fish Labeo rohita. Fish were exposed to two sublethal concentrations (0.106 and 0.064mg/L) for a period of 15 days. Levels of glycogen, pyruvate, lactate and the enzymatic activities of lactate dehydrogenase (LDH), succinate dehydrogenase (SDH), glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), phosphorylase, alkaline phosphatase (ALP), acid phosphatase (AcP) were assessed in different tissues (liver, muscle and gills). Result indicated a steady decrease in glycogen, pyruvate, SDH, ALP and AcP activity with a concomitant increase in the lactate, phosphorylase, LDH and G6PD activity in all selected tissues. The alterations in all the above biochemical parameters were significantly (p<0.05) time and dose dependent. In all the above parameters, liver pointing out the intensity of cyanide intoxication compare to muscle and gills. Study revealed change in the metabolic energy by means of altered metabolic profile of the fish. Further, these observations indicated that even sublethal concentrations of sodium cyanide might not be fully devoid of deleterious influence on metabolism in L. rohita.

A micromethod for quantitation of debrisoquine and 4-hydroxydebrisoquine in urine by liquid chromatography

We describe a new simple, selective and sensitive micromethod based on HPLC and fluorescence detection to measure debrisoquine (D) and 4-hydroxydebrisoquine (4-OHD) in urine for the investigation of xenobiotic metabolism by debrisoquine hydroxylase (CYP2D6). Four hundred µl of urine was required for the analysis of D and 4-OHD. Peaks were eluted at 8.3 min (4-OHD), 14.0 min (D) and 16.6 min for the internal standard, metoprolol (20 µg/ml). The 5-µm CN-reverse-phase column (Shimpack, 250 x 4.6 mm) was eluted with a mobile phase consisting of 0.25 M acetate buffer, pH 5.0, and acetonitrile (9:1, v/v) at 0.7 ml/min with detection at lexcitation = 210 nm and lemission = 290 nm. The method, validated on the basis of measurements of spiked urine, presented 3 ng/ml (D) and 6 ng/ml (4-OHD) sensitivity, 390-6240 ng/ml (D) and 750-12000 ng/ml (4-OHD) linearity, and 5.7/8.2% (D) and 5.3/8.2% (4-OHD) intra/interassay precision. The method was validated using urine of a healthy Caucasian volunteer who received one 10-mg tablet of Declinax®, po, in the morning after an overnight fast. Urine samples (diuresis of 4 or 6 h) were collected from zero to 24 h. The urinary excretion of D and 4-OHD, Fel (0-24 h), i.e., fraction of dose administered and excreted into urine, was 6.4% and 31.9%, respectively. The hydroxylation capacity index reported as metabolic ratio was 0.18 (D/4-OHD) for the person investigated and can be compared to reference limits of >12.5 for poor metabolizers (PM) and <12.5 for extensive metabolizers (EM). In parallel, the recovery ratio (RR), another hydroxylation capacity index, was 0.85 (4-OHD: SD + 4-OHD) versus reference limits of RR <0.12 for PM and RR >0.12 for EM. The healthy volunteer was considered to be an extensive metabolizer on the basis of the debrisoquine test.

Biosynthesis and metabolism of steroid hormones by human adrenal carcinomas

Over a 15-year period, our university-based laboratory obtained 125 adrenal tumors, of which 15 (12%) were adrenal cortical carcinomas. Of these, 6 (40% of the carcinomas) occurred in patients with clear clinical manifestations of steroid hormone excess. Adrenal cortical carcinoma cells derived from the surgically resected tumors in 4 of these patients were isolated and established in primary culture. Radiotracer steroid interconversion studies were carried out with these cultures and also on mitochondria isolated from homogenized tissues. Large tumors had the lowest steroidogenic activities per weight, whereas small tumors had more moderately depressed enzyme activities relative to cells from normal glands. In incubations with pregnenolone as substrate, 1 mM metyrapone blocked the synthesis of corticosterone and cortisol and also the formation of aldosterone. Metyrapone inhibition was associated with a concomitant increase in the formation of androgens (androstenedione and testosterone) from pregnenolone. Administration of metyrapone in vivo before surgery in one patient resulted in a similar increase in plasma androstenedione, though plasma testosterone levels were not significantly affected. In cultures of two of four tumors examined, dibutyryl cAMP stimulated 11ß-hydroxylase activity modestly; ACTH also had a significant stimulatory effect in one of these tumors. Unlike results obtained with normal or adenomatous adrenal cortical tissues, mitochondria from carcinomatous cells showed a lack of support of either cholesterol side-chain cleavage enzyme complex or steroid 11ß-hydroxylase activity by Krebs cycle intermediates (10 mM isocitrate, succinate or malate). This finding is consistent with the concept that these carcinomas may tend to function predominantly in an anaerobic manner, rather than through the oxidation of Krebs cycle intermediates.

Respiration, oxidative phosphorylation, and uncoupling protein in Candida albicans

The respiration, membrane potential (Dy), and oxidative phosphorylation of mitochondria in situ were determined in spheroplasts obtained from Candida albicans control strain ATCC 90028 by lyticase treatment. Mitochondria in situ were able to phosphorylate externally added ADP (200 µM) in the presence of 0.05% BSA. Mitochondria in situ generated and sustained stable mitochondrial Dy respiring on 5 mM NAD-linked substrates, 5 mM succinate, or 100 µM N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine dihydrochloride plus 1 mM ascorbate. Rotenone (4 µM) inhibited respiration by 30% and 2 µM antimycin A or myxothiazole and 1 mM cyanide inhibited it by 85%. Cyanide-insensitive respiration was partially blocked by 2 mM benzohydroxamic acid, suggesting the presence of an alternative oxidase. Candida albicans mitochondria in situ presented a carboxyatractyloside-insensitive increase of Dy induced by 5 mM ATP and 0.5% BSA, and Dy decrease induced by 10 µM linoleic acid, both suggesting the existence of an uncoupling protein. The presence of this protein was subsequently confirmed by immunodetection and respiration experiments with isolated mitochondria. In conclusion, Candida albicans ATCC 90028 possesses an alternative electron transfer chain and alternative oxidase, both absent in animal cells. These pathways can be exceptional targets for the design of new chemotherapeutic agents. Blockage of these respiratory pathways together with inhibition of the uncoupling protein (another potential target for drug design) could lead to increased production of reactive oxygen species, dysfunction of Candida mitochondria, and possibly to oxidative cell death.

Effect of eccentric training on mitochondrial function and oxidative stress in the skeletal muscle of rats

The objective of the present study was to investigate the effects of eccentric training on the activity of mitochondrial respiratory chain enzymes, oxidative stress, muscle damage, and inflammation of skeletal muscle. Eighteen male mice (CF1) weighing 30-35 g were randomly divided into 3 groups (N = 6): untrained, trained eccentric running (16°; TER), and trained running (0°) (TR), and were submitted to an 8-week training program. TER increased muscle oxidative capacity (succinate dehydrogenase and complexes I and II) in a manner similar to TR, and TER did not decrease oxidative damage (xylenol and creatine phosphate) but increased antioxidant enzyme activity (superoxide dismutase and catalase) similar to TR. Muscle damage (creatine kinase) and inflammation (myeloperoxidase) were not reduced by TER. In conclusion, we suggest that TER improves mitochondrial function but does not reduce oxidative stress, muscle damage, or inflammation induced by eccentric contractions.

The validation of heart rate variability in individuals with spinal cord injury

The current classification system for spinal cord injury (SCI) considers only somatic information and neglects autonomic damage after injiuy. Heart rate variability (HRV) has the potential to be a valuable measure of cardiac autonomic control after (SCI). Five individuals with tetraplegia and four able-bodied controls underwent 1 min continuous ECG recordings during rest, after Metoprolol administration (max dose=3x5mg) and after Atropine administration (0.02mg/kg) in both supine and 40° head-up tilt. After Metoprolol administration there was a 61.8% decrease in the LF:HF ratio in the SCI participants suggesting that the LF:HF ratio is a reflection of cardiac sympathetic outflow. After Atropine administration there was a 99.1% decrease in the HF power in the SCI participants suggesting that HF power is highly representative of cardiac parasympathetic outflow. There were no significant differences between the SCI and able-bodied participants. Thus, HRV measures are a valid index of cardiac autonomic control after SCI.

Investigations on the production of long chain fatty acids in Choanephora cucurbitarum (Berk.

The fatty acid composition of the total cellular lipids of Choanephora cucurbitarum incubated for 96 hrs on either glucose-ammonium sulfate or malt-weast extract media was determined. The major fatty acids were palmitic, palmitoleic, stearic and linoleic acids. The saturated fatty acid possessing the longest acyl chain was stearate (C 18:0). The presence of glutamic acid (2.0 x 10-1% or 1.36 x la-2M) in either of the above growth media resulted in increase in percent of 1f-linolenic acid, decrease in percent of linoleic ~iCid and appearance of a new series of fatty acid> C ~8 e.g. C ",,,,'V' C2k:O, C26,O. The addition of glutamic acid had no effect on the lipid yield but slightly decreased the degree of unsaturation. Compounds which duplicated the effect of glutamic acid were acetate, malate, citrate, succinate, 0( -ketoglutarate, prOline, -y -aminobutyric acid and glucose (3%) but not aspartic acid or alanine. ~o correlation was found between glutamic acid pool concentration and the presence in the growth medium of those compounds which stimulate long chain fatty acid production. Four hours of incubation with 27 JJ 1-1 glutamate supported the production of long chain fatty acids. This stimulation is inhibited if 272 .u M isophthalic acid is added with 27 AJ M glutamate. But, long chain fatty acids were detected when 27 JJ M eX -ketoglutarate is also present in the incubation mixture. Five hours of incubation with 100 ,Mg/ml of cycloheximide resulted in over 9CY/o inhibition of cytoplasmic :protein synthesise Glutamate (27 .uM) enhanced the synthesis of long chain fatty acids under these conditions. These findings are discussed in an attempt to provide a plausible explanation COmmon to compounds that support the production of long chain fatty acids.

Relation entre la structure et la fonction des artères cérébrales dans l’athérosclérose : impact des traitements cardioprotecteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec Dre Christine Des Rosiers

Préparation, étude de l’orientation et caractérisation physico-chimique de films polymères comportant des fluorophores

Les propriétés intrinsèques, photophysiques, électrochimiques et cristallographiques des molécules fluorescentes 4,4'-bis(2-benzoxazolyle)stilbène (BBS) et 2,5-bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyle)thiophène (BBT) ont été étudiées en solution et dans les polymères semi-cristallins : poly(butylène succinate) (PBS) et polylactide (PLA). Les deux fluorophores sont caractérisés par de hauts rendements quantiques absolus de fluorescence. Toutefois, une désactivation de la fluorescence peut se produire par croisement intersystème vers l'état triplet pour le BBT, et par photoisomérisation trans-cis pour le BBS. La cinétique de ce dernier processus dépend de la concentration, résultant en un pur isomère cis photo-induit à faibles concentrations, qui est accompagné à des concentrations élevées par l'apparition d'un composé acide après photo-clivage suivi d'une oxydation. Cette étude a révélé des changements spectroscopiques prononcés suite à l’augmentation de la concentration des fluorophores, en particulier à l'état solide, spécifiques à l'agrégation des molécules à l'état fondamental pour le BBT et à la formation d’excimères pour le BBS, permettant ainsi de corréler les propriétés fluorescentes avec les caractéristiques du monocristal pour chaque fluorophore. En outre, le passage d’une dispersion moléculaire à une séparation de phases dans le cas du BBS est accompagné d'un changement de couleur du bleu au vert, qui est sensible à la déformation, à la température et au temps, affectant les rendements quantiques absolus de fluorescence et fournissant une large opportunité à la création d'une grande variété de polymères intelligents indicateurs capables d'auto-évaluation. D’autre part, la solubilité élevée du BBT dans les solvants courants, combinée à ses propriétés optoélectroniques élevées, en font un candidat en tant que référence universelle de fluorescence et matériau intelligent à la fois pour les études de polymères et en solution. Similairement aux mélanges comprenant des polymères miscibles, l'orientation du PBS augmente après ajout d'une molécule fluorescente, dont les monomères ont tendance à être orientés dans des films étirés, contrairement aux excimères ou agrégats.

Rôle du GPR91 dans la réponse à l'hypoxie-ischémie et l'importance de sa localisation intracellulaire

L'adaptation à l'environnement est essentielle à la survie cellulaire et des organismes en général. La capacité d'adaptation aux variations en oxygène repose sur des mécanismes de détection de l'hypoxie et une capacité à répondre en amorçant un programme d'angiogenèse. Bien que la contribution du facteur induit par l'hypoxie (HIF) est bien définie dans l'induction d'une telle réponse, d'autres mécanismes sont susceptibles d'être impliqués. Dans cette optique, les études démontrant l'influence du métabolisme énergétique sur le développement vasculaire sont de plus en plus nombreuses. L'un de ces composés, le succinate, a récemment été démontré comme étant le ligand du GPR91, un récepteur couplé aux protéines G. Parmi les différents rôles attribués à ce récepteur, notre laboratoire s'intéressa aux rôles du GPR91 dans la revascularisation observée suite à des situations d'hypoxie dont ceux affectant la rétine. Il existe cependant d'autres conditions pour lesquelles une revascularisation serait bénéfique notamment suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral. Nos travaux ont pour objectifs de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement de ce récepteur durant le développement et dans le cadre de pathologies affectant la formation de vaisseaux sanguins. Dans un premier temps, nous avons déterminé le rôle du GPR91 dans la guérison suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral chez le nouveau-né. Nous montrons que ce récepteur est exprimé dans le cerveau et en utilisant des souris n'exprimant pas le GPR91, nous démontrons que dans un modèle d'hypoxie-ischémie cérébrale néonatal l'angiogenèse prenant place au cours de la phase de guérison dépend largement du récepteur. L'injection intracérébrale de succinate induit également l'expression de nombreux facteurs proangiogéniques et les résultats suggèrent que le GPR91 contrôle la production de ces facteurs. De plus, l'injection de ce métabolite avant le modèle d'hypoxie-ischémie réduit substantiellement la taille de l'infarctus. In vitro, des essaies de transcription génique démontrent qu'à la fois les neurones et les astrocytes répondent au succinate en induisant l'expression de facteurs bénéfiques à la revascularisation. En considérant le rôle physiologique important du GPR91, une seconde étude a été entreprise afin de comprendre les déterminants moléculaires régissant son activité. Bien que la localisation subcellulaire des RCPG ait traditionnellement été considérée comme étant la membrane plasmique, un nombre de publications indique la présence de ces récepteurs à l'intérieur de la cellule. En effet, tel qu'observé par microscopie confocale, le récepteur colocalise avec plusieurs marqueurs du réticulum endoplasmique, que celui-ci soit exprimé de façon endogène ou transfecté transitoirement. De plus, l’activation des gènes par stimulation avec le succinate est fortement affectée en présence d'inhibiteur du transport d'acides organiques. Nous montrons que le profil de facteurs angiogéniques est influencé selon la localisation ce qui affecte directement l'organisation du réseau tubulaire ex vivo. Finalement, nous avons identifié une région conservée du GPR91 qui agit de signal de rétention. De plus, nous avons découvert l'effet de l'hypoxie sur la localisation. Ces travaux confirment le rôle de régulateur maître de l'angiogenèse du GPR91 lors d'accumulation de succinate en condition hypoxique et démontrent pour la première fois l'existence, et l'importance, d'un récepteur intracellulaire activé par un intermédiaire du métabolisme. Ces données pavent donc la voie à une nouvelle avenue de traitement ciblant GPR91 dans des pathologies hypoxiques ischémiques cérébrales et soulèvent l'importance de tenir compte de la localisation subcellulaire de la cible dans le processus de découverte du médicament.

Développement et utilisation de modèles in vitro et de données précliniques pour augmenter la prédictibilité de la perméabilité et du métabolisme intestinal chez l'humain

Tout médicament administré par la voie orale doit être absorbé sans être métabolisé par l’intestin et le foie pour atteindre la circulation systémique. Malgré son impact majeur sur l’effet de premier passage de plusieurs médicaments, le métabolisme intestinal est souvent négligé comparativement au métabolisme hépatique. L’objectif de ces travaux de maîtrise est donc d’utiliser, caractériser et développer différents outils in vitro et in vivo pour mieux comprendre et prédire l’impact du métabolisme intestinal sur l’effet de premier passage des médicaments comparé au métabolisme hépatique. Pour se faire, différents substrats d’enzymes du métabolisme ont été incubés dans des microsomes intestinaux et hépatiques et des différences entre la vitesse de métabolisme et les métabolites produits ont été démontrés. Afin de mieux comprendre l’impact de ces différences in vivo, des études mécanistiques chez des animaux canulés et traités avec des inhibiteurs enzymatiques ont été conduites avec le substrat métoprolol. Ces études ont démontré l’impact du métabolisme intestinal sur le premier passage du métoprolol. De plus, elles ont révélé l’effet sur la vidange gastrique du 1-aminobenzotriazole, un inhibiteur des cytochromes p450, évitant ainsi une mauvaise utilisation de cet outil dans le futur. Ces travaux de maîtrise ont permis d’améliorer les connaissances des différents outils in vitro et in vivo pour étudier le métabolisme intestinal tout en permettant de mieux comprendre les différences entre le rôle de l’intestin et du foie sur l’effet de premier passage.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Fluvial biofilms: a pertinent tool to assess β-blockers toxicity

Among increasingly used pharmaceutical products, β-blockers have been commonly reported at low concentrations in rivers and littoral waters of Europe and North America. Little is known about the toxicity of these chemicals in freshwater ecosystems while their presence may lead to chronic pollution. Hence, in this study the acute toxicity of 3 β-blockers: metoprolol, propranolol and atenolol on fluvial biofilms was assessed by using several biomarkers. Some were indicative of potential alterations in biofilm algae (photosynthetic efficiency), and others in biofilm bacteria (peptidase activity, bacterial mortality). Propranolol was the most toxic β-blocker, mostly affecting the algal photosynthetic process. The exposure to 531 μg/L of propranolol caused 85% of inhibition of photosynthesis after 24 h. Metoprolol was particularly toxic for bacteria. Though estimated No-Effect Concentrations (NEC) were similar to environmental concentrations, higher concentrations of the toxic (503 μg/L metoprolol) caused an increase of 50% in bacterial mortality. Atenolol was the least toxic of the three tested β-blockers. Effects superior to 50% were only observed at very high concentration (707 mg/L). Higher toxicity of metoprolol and propranolol might be due to better absorption within biofilms of these two chemicals. Since β-blockers are mainly found in mixtures in rivers, their differential toxicity could have potential relevant consequences on the interactions between algae and bacteria within river biofilms