Contractile and vasorelaxant effects of hydrogen sulfide and its biosynthesis in the human internal mammary artery

This study aimed to test these hypotheses: cystathionine gamma-lyase (CSE) is expressed in a human artery, it generates hydrogen sulfide (H2S), and H2S relaxes a human artery. H2S is produced endogenously in rat arteries from cysteine by CSE. Endogenously produced H2S dilates rat resistance arteries. Although CSE is expressed in rat arteries, its presence in human blood vessels has not been described. In this study, we showed that both CSE mRNA, determined by reverse transcription-polymerase chain reaction, and CSE protein, determined by Western blotting, apparently occur in the human internal mammary artery (internal thoracic artery). Artery homogenates converted cysteine to H2S, and the H2S production was inhibited by DL-propargylglycine, an inhibitor of CSE. We also showed that H2S relaxes phenylephrine-precontracted human internal mammary artery at higher concentrations but produces contraction at low concentrations. The latter contractions are stronger in acetylcholine-prerelaxed arteries, suggesting inhibition of nitric oxide action. The relaxation is partially blocked by glibenclamide, an inhibitor of K-ATP channels. The present results indicate that CSE protein is expressed in human arteries, that human arteries synthesize H2S, and that higher concentrations of H2S relax human arteries, in part by opening K-ATP channels. Low concentrations of H2S contract the human internal mammary artery, possibly by reacting with nitric oxide to form an inactive nitrosothiol. The possibility that CSE, and the H2S it generates, together play a physiological role in regulating the diameter of arteries in humans, as has been demonstrated in rats, should be considered.

Hydrogen sulfide is a novel mediator of lipopolysaccharide-induced inflammation in the mouse

Hydrogen sulfide (H2S) is synthesized in the body from L-Cysteine by several enzymes including cystathionine-gamma-lyase (CSE). To date, there is little information about the potential role of H2S in inflammation. We have now investigated the part played by H2S in endotoxin-induced inflammation in the mouse. E. coli lipopolysaccharide (LPS) administration produced a dose (10 and 20 mg/kg ip)- and time (6 and 24 h)-dependent increase in plasma H2S concentration. LPS (10 mg/kg ip, 6 h) increased plasma H2S concentration from 34.1 +/- 0.7 mu M to 40.9 +/- 0.6 mu M (n=6, P

Synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates in arabidopsis thaliana using intermediates of peroxisomal fatty acid beta-oxidation.

Polyhydroxyalkanoate (PHA) is a family of polymers composed primarily of R-3-hydroxyalkanoic acids. These polymers have properties of biodegradable thermoplastics and elastomers. Medium-chain-length PHAs (MCL-PHAs) are synthesized in bacteria by using intermediates of the beta-oxidation of alkanoic acids. To assess the feasibility of producing MCL-PHAs in plants, Arabidopsis thaliana was transformed with the PhaC1 synthase from Pseudomonas aeruginosa modified for peroxisome targeting by addition of the carboxyl 34 amino acids from the Brassica napus isocitrate lyase. Immunocytochemistry demonstrated that the modified PHA synthase was appropriately targeted to leaf-type peroxisomes in light-grown plants and glyoxysomes in dark-grown plants. Plants expressing the PHA synthase accumulated electron-lucent inclusions in the glyoxysomes and leaf-type peroxisomes, as well as in the vacuole. These inclusions were similar to bacterial PHA inclusions. Analysis of plant extracts by GC and mass spectrometry demonstrated the presence of MCL-PHA in transgenic plants to approximately 4 mg per g of dry weight. The plant PHA contained saturated and unsaturated 3-hydroxyalkanoic acids ranging from six to 16 carbons with 41% of the monomers being 3-hydroxyoctanoic acid and 3-hydroxyoctenoic acid. These results indicate that the beta-oxidation of plant fatty acids can generate a broad range of R-3-hydroxyacyl-CoA intermediates that can be used to synthesize MCL-PHAs.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Étude de l’efficacité de la vaccination à Salmonella Enteritidis chez la poule pondeuse et de la protection contre l’infection

Les infections à Salmonella Enteritidis chez les humains sont associées à la consommation d’œufs ou d’ovoproduits contaminés. La vaccination est un outil utilisé pour diminuer les risques d’infection à SE chez la volaille, mais avec des résultats variables. Au Canada deux bactérines, MBL SE4C et Layermune, sont couramment utilisées pour lutter contre SE. Cependant, leur efficacité n’a pas été complètement déterminée chez les poules pondeuses plus âgées. Par ailleurs, la capacité de ces vaccins à prévenir la transmission verticale et horizontale n’a pas encore été étudiée. L’objectif principal de cette étude était d’évaluer l’effet des deux bactérines sur la réponse immunitaire chez les poules pondeuses, de vérifier la protection conférée par ces vaccins contre l’infection expérimentale à SE, et d’identifier des protéines immunogènes afin de développer un vaccin sous-unitaire. Les oiseaux ont été vaccinés avec deux protocoles d’immunisation en cours d’élevage (soit à 12 et 18, ou à 16 semaines d’âge). Le groupe contrôle a été injecté avec la solution saline. Les oiseaux ont été inoculés per os avec 2 x 109 CFU de la souche SE lysotype 4 à 55 ou à 65 semaines d’âge. Les anticorps (IgG et IgA) ont été mesurés à différents temps avec un ELISA maison en utilisant l’antigène entier de SE. La phagocytose, flambée oxydative, les populations des splénocytes B et T ont été analysées en utilisant la cytométrie en flux. Les signes cliniques, l’excrétion fécale, la contamination des jaunes d’œufs et l’invasion des salmonelles dans les organes ont été étudiés pour évaluer l’efficacité de protection. La transmission horizontale a aussi été étudiée en évaluant l’infection à SE chez les oiseaux mis en contact avec les oiseaux inoculés. Les protéines immunogènes ont été identifiées par SDS-PAGE et Western blot à l’aide d’antisérums prélevés suite à la vaccination et/ou à l’infection expérimentale/naturelle, puis caractérisées par la spectrométrie de masse. Le protocole de vaccination avec deux immunisations a généré un niveau élevé de séroconversion à partir de 3 jusqu’à 32-34 semaines post-vaccination par rapport à celui avec une seule immunisation (p < 0.02), mais il n’y avait plus de différence entre les groupes à 54 et 64 semaines d’âge. Il n’y a pas eu de corrélation entre les niveaux d’IgG et les taux d’isolement des salmonelles dans les organes et des jaunes d’œuf. La production des IgA n’a été observée que chez les oiseaux vaccinés avec 2 injections de MBL SE4C (p ≤ 0.04). Après l’infection expérimentale, la production des IgA a été significativement plus élevée aux jours 1 et 7 p.i dans l’oviducte des oiseaux vaccinés (sauf pour le groupe vacciné avec 2 injections de Layermune) par comparaison avec le groupe contrôle (p ≤ 0.03). Seule la bactérine MBL SE4C a eu un effet protecteur contre la contamination des jaunes d’œuf chez les oiseaux infectés. Ce vaccin réduit partiellement en utilisant deux immunisations, le taux d’excrétion fécale des salmonelles chez les oiseaux inoculés et les oiseaux horizontalement infectés (p ≤ 0.02). Cinq des protéines identifiées par la spectrométrie de masse sont considérées comme des protéines potentiellement candidates pour une étude plus approfondie de leur immonogénicité: Lipoamide dehydrogenase, Enolase (2-phosphoglycerate dehydratase) (2-phospho-D-glycerate hydro-lyase), Elongation factor Tu (EF-Tu), Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) et DNA protection during starvation protein. En général, les bactérines ont induit une immunité humorale (IgG et IgA) chez les poules pondeuses. Cette réponse immunitaire a protégé partiellement les oiseaux quant à l’élimination des salmonelles, la contamination des jaunes d’œuf, ainsi que la transmission horizontale. Dans cette étude, la bactérine MBL SE4C (avec deux immunisations) s’est montrée plus efficace pour protéger les oiseaux que la bactérine Layermune. Nos résultats apportent des informations objectives et complémentaires sur le potentiel de deux bactérines pour lutter contre SE chez les poules pondeuses. Étant donné la protection partielle obtenue en utilisant ces vaccins, l’identification des antigènes immunogènes a permis de sélectionner des protéines spécifiques pour l’élaboration éventuelle d’un vaccin plus efficace contre SE chez les volailles.

Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.

La bioaccumulation d’une nanoparticule d’argent (nAg) par l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii : distinguer la contribution de la particule de celle de l’ion Ag+

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii.

Microbe-associated molecular pattern (MAMP) signatures, synergy, size and charge: influences on perception or mobility and host defence responses

Triggering of defences by microbes has mainly been investigated using single elicitors or microbe-associated molecular patterns (MAMPs), but MAMPs are released in planta as complex mixtures together with endogenous oligogalacturonan (OGA) elicitor. We investigated the early responses in Arabidopsis of calcium influx and oxidative burst induced by non-saturating concentrations of bacterial MAMPs, used singly and in combination: flagellin peptide (flg22), elongation factor peptide (elf18), peptidoglycan (PGN) and component muropeptides, lipo-oligosaccharide (LOS) and core oligosaccharides. This revealed that some MAMPs have additive (e.g. flg22 with elf18) and even synergistic (flg22 and LOS) effects, whereas others mutually interfere (flg22 with OGA). OGA suppression of flg22-induced defences was not a result of the interference with the binding of flg22 to its receptor flagellin-sensitive 2 (FLS2). MAMPs induce different calcium influx signatures, but these are concentration dependent and unlikely to explain the differential induction of defence genes [pathogenesis-related gene 1 (PR1), plant defensin gene 1.2 (PDF1.2) and phenylalanine ammonia lyase gene 1 (PAL1)] by flg22, elf18 and OGA. The peptide MAMPs are potent elicitors at subnanomolar levels, whereas PGN and LOS at high concentrations induce low and late host responses. This difference might be a result of the restricted access by plant cell walls of MAMPs to their putative cellular receptors. flg22 is restricted by ionic effects, yet rapidly permeates a cell wall matrix, whereas LOS, which forms supramolecular aggregates, is severely constrained, presumably by molecular sieving. Thus, MAMPs can interact with each other, whether directly or indirectly, and with the host wall matrix. These phenomena, which have not been considered in detail previously, are likely to influence the speed, magnitude, versatility and composition of plant defences.

Inducible hydrogen sulfide synthesis in chondrocytes and mesenchymal progenitor cells: is H2S a novel cytoprotective mediator in the inflamed joint?

Hydrogen sulfide (H(2)S) has recently been proposed as an endogenous mediator of inflammation and is present in human synovial fluid. This study determined whether primary human articular chondrocytes (HACs) and mesenchymal progenitor cells (MPCs) could synthesize H(2)S in response to pro-inflammatory cytokines relevant to human arthropathies, and to determine the cellular responses to endogenous and pharmacological H(2)S. HACs and MPCs were exposed to IL-1β, IL-6, TNF-α and lipopolysaccharide (LPS). The expression and enzymatic activity of the H(2)S synthesizing enzymes cystathionine-β-synthase (CBS) and cystathionine-γ-lyase (CSE) were determined by Western blot and zinc-trap spectrophotometry, respectively. Cellular oxidative stress was induced by H(2)O(2), the peroxynitrite donor SIN-1 and 4-hydroxynonenal (4-HNE). Cell death was assessed by 3-(4,5-dimethyl-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) and lactate dehydrogenase (LDH) assays. Mitochondrial membrane potential (DCm) was determined in situ by flow cytometry. Endogenous H(2) S synthesis was inhibited by siRNA-mediated knockdown of CSE and CBS and pharmacological inhibitors D,L-propargylglycine and aminoxyacetate, respectively. Exogenous H(2)S was generated using GYY4137. Under basal conditions HACs and MPCs expressed CBS and CSE and synthesized H(2)S in a CBS-dependent manner, whereas CSE expression and activity was induced by treatment of cells with IL-1β, TNF-α, IL-6 or LPS. Oxidative stress-induced cell death was significantly inhibited by GYY4137 treatment but increased by pharmacological inhibition of H(2)S synthesis or by CBS/CSE-siRNA treatment. These data suggest CSE is an inducible source of H(2)S in cultured HACs and MPCs. H(2)S may represent a novel endogenous mechanism of cytoprotection in the inflamed joint, suggesting a potential opportunity for therapeutic intervention.

Biochemical characterization of serine acetyltransferase and cysteine desulfhydrase from Leishmania major

Cysteine metabolism exhibits atypical features in Leishmania parasites. The nucleotide sequence annotated as LmjF32.2640 encodes a cysteine desulfhydrase, which specifically catalyzes the breakdown of cysteine into pyruvate, NH(3) and H(2)S. Like in other pathogens, this capacity might be associated with regulatory mechanisms to control the intracellular level of cysteine, a highly toxic albeit essential amino acid, in addition to generate pyruvate for energy production. Besides, our results provide the first insight into the biochemical properties of Leishmania major serine acetyltransferase (SAT), which is likely involved in the two routes for de novo synthesis of cysteine in this pathogen. When compared with other members of SAT family, the N-terminal region of L. major homologue is uniquely extended, and seems to be essential for proper protein folding. Furthermore, unlike plant and bacterial enzymes, the carboxy-terminal-C(10) sequence stretch of L major SAT appears not to be implicated in forming a tight bi-enzyme complex with cysteine synthase. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Exercise training enhances rat pancreatic islets anaplerotic enzymes content despite reduced insulin secretion

Endurance exercise has been shown to reduce pancreatic islets glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). Anaplerotic/cataplerotic pathways are directly related to GSIS signaling. However, the effect of endurance training upon pancreatic islets anaplerotic enzymes is still unknown. In this sense, we tested the hypothesis that endurance exercise decreases GSIS by reducing anaplerotic/cataplerotic enzymes content. Male Wistar rats were randomly assigned to one of the four experimental groups as follows: control sedentary group (CTL), trained 1 day per week (TRE1x), trained 3 days per week (TRE3x) and trained 5 days per week (TRE5x) and submitted to an 8 weeks endurance-training protocol. After the training protocol, pancreatic islets were isolated and incubated with basal (2.8 mM) and stimulating (16.7 mM) glucose concentrations for GSIS measurement by radioimmunoassay. In addition, pyruvate carboxylase (PYC), pyruvate dehydrogenase (PDH), pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), ATP-citrate lyase (ACL) and glutamate dehydrogenase (GDH) content were quantified by western blotting. Our data showed that 8 weeks of chronic endurance exercise reduced GSIS by 50% in a dose-response manner according to weekly exercise frequency. PYC showed significant twofold increase in TRE3x. PYC enhancement was even higher in TRE5x (p < 0.0001). PDH and PDK4 reached significant 25 and 50% enhancement, respectively compared with CTL. ACL and GDH also reported significant 50 and 75% increase, respectively. The absence of exercise-induced correlations among GSIS and anaplerotic/cataplerotic enzymes suggests that exercise may control insulin release by activating other signaling pathways. The observed anaplerotic and cataplerotic enzymes enhancement might be related to beta-cell surviving rather than insulin secretion.

Upregulation of glutathione-related genes and enzyme activities in cultured human cells by sublethgal concentrations of inorganic arsenic

Inorganic arsenic (jAs), a known human carcinogen, acts as a tumor promoter in part by inducing a rapid burst of reactive oxygen species (ROS) in mammalian cells. This causes oxidative stress and a subsequent increase in the level of cellular glutathione (GSH). Glutathione, a ubiquitous reducing sulfhydryl tripeptide, is involved in ROS detoxification and its increase may be part of an adaptive response to the oxidative stress. Glutathione related enzymes including glutathione reductase (GR) and glutathione S-transferase (GST) also play key roles in these processes. In this study the regulatory effects of inorganic arsenite (As111) on the activities of GSH-related enzymes were investigated in cultured human keratinocytes. Substantial increases in GR enzyme activity and mRNA levels were shown in keratinocytes and other human cell lines after exposure to low, subtoxic, micromolar concentrations of As111 for 24 h. Upregulation of GSH synthesis paralleled the upregulation of GR as shown by increases in glutamatecysteine lyase (GeL) enzyme activity and mRNA levels, cystine uptake, and intracellular GSH levels. Glutathione S-transferase activity was also shown to increase slightly in keratinocytes, but not in fibroblasts or breast tumor cells. Overall the results show that sublethal arsenic induces a multicomponent response in human keratinocytes that involves upregulation of parts, but not all of the GSH system and counteracts the acute toxic effects of jAs. The upregulation of GR has not previously been shown to be an integral part of this response, although GR is critical for maintaining levels of reduced GSH.

A PAL1 gene promoter-green fluorescent protein reporter system to analyse defence responses in live cells of Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana ecotype Columbia-0 was transformed with a green fluorescent protein (GFP) gene under control of a phenylalanine ammonia-lyase (PAL) promoter. PAL is a key enzyme of the phenylpropanoid pathway and is induced to high levels during plant stress. Constitutive expression of PAL1 promoter-controlled GFP occurred in vascular tissues within stems, leaves and roots and in developing flowers. PAL1 promoter–GFP expression was examined in leaves of transgenic plants subjected to an abiotic elicitor, mechanical wounding or to inoculation with the pathogens Pseudomonas syringae pv. tomato or Peronospora parasitica. Wounding of leaves and treatment with an abiotic elicitor and compatible interactions produced low to moderate levels of GFP. However, in incompatible interactions there were high levels of GFP produced. In incompatible interactions, the intensity of GFP fluorescence was similar to that produced in transgenic plants expressing GFP driven by the CaMV promoter. The bright green fluorescence produced in live cells and tissues was readily visualised using conventional fluorescence microscopy and was quantified using spectroflourometry. This is the first report of the use of GFP as a reporter of defence gene activation against pathogens. It has several advantages over other reporter genes including real time analysis of gene expression and visualisation of defence gene activation in a non-invasive manner.

Differential effects of dietary fatty acids on genes associated with liver fat metabolism

Background – It has been recognized that specific fatty acids have the ability to directly influence the abundance of gene transcripts in organs such as the liver. However little comparison has been made between the effects of common dietary of fatty acids and there influence on gene expression.
Objectives – To determine the effect of diets rich saturated, monounsaturated and polyunsaturated on gene transcripts associated with liver fat metabolism. Specifically how these three classes of fatty acids influence mRNA levels of key transcriptional regulators (PGC1a, PPARa, PPARd, SREBP1C & ChREBP), fat oxidative (ACO, LCPT1, HMG-CoA lyase & UCP-2) and fat synthetic (ACC, MCD, GPAT & malic enzyme) genes were investigated.
Design - Rats (n=32) were evenly divided into four groups; a saturated fat diet, a monounsaturated fat diet, a polyunsaturated fat diet (each diet contained 23% fat) and standard rat chow (7% fat) diet and fed for 12 weeks. Real-time PCR analysis was performed on liver tissue.
Outcomes – PGC1a and SREBP1C increased 1.9 fold or greater in all groups. Conversely, PPARa, PPARd and ChREBP demonstrated variable changes with diet composition. Monounsaturated and polyunsaturated fat increased HMG-CoA lyase 2.8 fold, a response that was absent in the saturated fat fed animals. UCP-2 was decrease 3.0 fold by all dietary treatments. Malic enzyme was increased 2.8 and 2.4 fold with saturated and polyunsaturated diets respectively, yet was unaltered by the monounsaturated fat diet.
Conclusion – Modifications in common dietary fat composition initiated divergent gene responses in liver. These alterations were complex, with no uniform alteration in transcription factors with closely related functions (PPARfamily) and genes encoding proteins within the same metabolic pathway (fat oxidation or fat synthesis). Further studies are necessary to identify the predominant mechanisms regulating these differences in gene expression.

Abscisic acid regulation of plant defence responses during pathogen attack

The plant hormone, abscisic acid (ABA), has previously been shown to have an impact on the resistance or susceptibility of plants to pathogens. In this thesis, it was shown that ABA had a regulatory effect on an extensive array of plant defence responses in three different plant and pathogen interaction combinations as well as following the application of an abiotic elicitor. In unique studies using ABA deficient mutants of Arabidopsis, exogenous ABA addition or ABA biosynthesis inhibitor application and simulated drought stress, ABA was shown to have a profound effect on the outcome of interactions between plants and pathogens of differing lifestyles and from different kingdoms. The systems used included a model plant and an important agricultural species: Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) and Peronospora parasitica (a biotrophic Oomycete pathogen), Arabidopsis and Pseudomonas syringae pathovar tomato (a biotrophic bacterial pathogen) and an unrelated plant species, soybean (Glycine max) and Phytophthora sojae (a hemibiotrophic Oomycete pathogen), Generally, a higher than basal endogenous ABA concentration within plant tissues at the time of avirulent pathogen inoculation, caused an interaction shift towards what phenotypically resembled susceptibility. Conversely, a lower than basal endogenous ABA concentration in plants inoculated with a virulent pathogen caused a shift towards resistance. An extensive suppressive effect of ABA on defence responses was revealed by a range of techniques that included histochemical, biochemical and molecular approaches. A universal effect of ABA on suppression or induction of the phenylpropanoid pathway via regulation of the key entry point gene, phenylalanine ammonia-lyase (PAL), when stimulated by biotic or abiotic elicitors was shown. ABA also influenced a wide variety of other defence-related components such as: the development of a hypersensitive response (HR), the accumulation of the reactive oxyden species, hydrogen peroxide and the cell wall strengthening compounds lignin and callose, accumulation of SA and the phytoalexin, glyceollin and the transcription of the SA-dependent pathogenesis- related gene (PR-1). The near genome-wide microarray gene expression analysis of an ABA induced susceptible interaction also revealed an yet unprecedented insight into the great diversity of defence responses that were influenced by ABA that included: disease resistance like proteins, antimicrobial proteins as well as phenylpropanoid and tryptophan pathway enzymes. Subtle differences were found in the number and type of defence responses that were regulated by ABA in each type of plant and pathogen interaction that was studied. This thesis has clearly identified in plant/pathogen interactions previously unknown and important roles for ABA in the regulation of many defence responses.