Crystallographic and NMR studies on sterols from green alga Chaetomorpha basiretorsa Setchell

Chemical investigation of the ethanol extract of the marine green alga Chaetomorpha basiretorsa Setchell led to the isolation of a new sterol stigmast-4,28-dien-3 alpha 6 beta-diol 1 in addition to the five known sterols of beta-lawsaritol 2, saringosterol 3, 24-hydroperoxy-24-vinyl - cholesterol 4, beta-stigmasterol 5, 29-hydroxystigmasta-5, 24(28) -dien-3 beta-ol 6. Compounds were isolated by normal phase silica gel and Sephadex LH - 20 gel colum chromatography, reverse phase HPLC and recrystalization. Their structures were elucidated by spectroscopic methods including MS, IR 1D/2D NMR and X-ray analysis. Cytotoxicity of compounds was screened by using the standard WIT method. All these compounds were isolated from the green alga Chaetomorpha basiretorsa Setchell for the first time and they were inactive (50% inhibitory concentration was greater than 10 mu g /cm(3)) against KB, Bel -7402, PC - 3M, Ketr 3 and MCF - 7 cell lines.

Molecular and cellular aspects of the SREBP pathway

The SREBP (sterol response element binding proteins) transcription factors are central to regulating de novo biosynthesis of cholesterol and fatty acids. The SREBPs are regulated by retention or escape from the ER to the Golgi where they are proteolytically cleaved into active forms. The SREBP cleavage activating protein (SCAP) and the INSIG proteins are essential in this regulatory process. The aim of this thesis is to further characterise the molecular and cellular aspects surrounding regulation of SREBP processing. SREBP and SCAP are known to interact via their carboxy-terminal regulatory domains (CTDs) but this interaction is poorly characterised. Significant steps were achieved in this thesis towards specific mapping of the interaction site. These included cloning and over expression and partial purification of tagged SREBP1 and SREBP2 CTDs and probing of a SCAP peptide array with the CTDs. Results from the SREBP2 probing were difficult to interpret due to insolubility issues with the protein, however, probing with SREBP1 revealed five potential binding sites which were detected reproducibly. Further research is necessary to overcome SREBP2 insolubility issues and to confirm the identified SREBP1 interaction site(s) on SCAP. INSIG1 has a central role in regulating SREBP processing and in regulating stability of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (HMGCR), a rate limiting enzyme in cholesterol biosynthesis. There are two protein isoforms of human INSIG1 produced through the use of two in-frame alternative start sites. Bioinformatic analysis indicated that the presence of two in-frame start sites within the 5-prime region of INSIG1 mRNA is highly conserved and that production of two isoforms of INSIG1is likely a conserved event. Functional differences between these two isoforms were explored. No difference in either the regulation of SREBP processing or HMGCR degradation between the INSIG1 isoforms was observed and the functional significance of the two isoforms is as yet unclear. The final part of this thesis focused on enhancing the cytotoxicity of statins by targeted inhibition of SREBP processing by oxysterols. Statins have significant potential as anti-cancer agents as they inhibit the activity of HMGCR leading to a deficiency in mevalonate which is essential for cell survival. The levels of HMGCR fluctuate widely due to cholesterol feedback of SREBP processing. The relationship between sterol feedback and statin mediated cell death was investigated in depth in HeLa cells. Down regulation of SREBP processing by sterols significantly enhanced the efficacy of statin mediated cell death. Investigation of sterol feedback in additional cancer cell lines showed that sterol feedback was absent in cell lines A- 498, DU-145, MCF-7 and MeWo but was present in cell lines HT-29, HepG2 and KYSE-70. In the latter inhibition of SREBP processing using oxysterols significantly enhanced statin cytotoxicity. The results indicate that this approach is valid to enhance statin cytotoxicity in cancer cells, but may be limited by deregulation of SREBP processing and off target effects of statins, which were observed for some of the cancer cell lines screened.

PKC signaling regulates drug resistance of the fungal pathogen Candida albicans via circuitry comprised of Mkc1, calcineurin, and Hsp90.

Fungal pathogens exploit diverse mechanisms to survive exposure to antifungal drugs. This poses concern given the limited number of clinically useful antifungals and the growing population of immunocompromised individuals vulnerable to life-threatening fungal infection. To identify molecules that abrogate resistance to the most widely deployed class of antifungals, the azoles, we conducted a screen of 1,280 pharmacologically active compounds. Three out of seven hits that abolished azole resistance of a resistant mutant of the model yeast Saccharomyces cerevisiae and a clinical isolate of the leading human fungal pathogen Candida albicans were inhibitors of protein kinase C (PKC), which regulates cell wall integrity during growth, morphogenesis, and response to cell wall stress. Pharmacological or genetic impairment of Pkc1 conferred hypersensitivity to multiple drugs that target synthesis of the key cell membrane sterol ergosterol, including azoles, allylamines, and morpholines. Pkc1 enabled survival of cell membrane stress at least in part via the mitogen activated protein kinase (MAPK) cascade in both species, though through distinct downstream effectors. Strikingly, inhibition of Pkc1 phenocopied inhibition of the molecular chaperone Hsp90 or its client protein calcineurin. PKC signaling was required for calcineurin activation in response to drug exposure in S. cerevisiae. In contrast, Pkc1 and calcineurin independently regulate drug resistance via a common target in C. albicans. We identified an additional level of regulatory control in the C. albicans circuitry linking PKC signaling, Hsp90, and calcineurin as genetic reduction of Hsp90 led to depletion of the terminal MAPK, Mkc1. Deletion of C. albicans PKC1 rendered fungistatic ergosterol biosynthesis inhibitors fungicidal and attenuated virulence in a murine model of systemic candidiasis. This work establishes a new role for PKC signaling in drug resistance, novel circuitry through which Hsp90 regulates drug resistance, and that targeting stress response signaling provides a promising strategy for treating life-threatening fungal infections.

Restoration of adipose function in obese, glucose-tolerant men following pioglitazone treatment is associated with CCAAT enhancer-binding protein β upregulation

Obese AT (adipose tissue) exhibits increased macrophage number. Pro-inflammatory CD16+ peripheral monocyte numbers are also reported to increase with obesity. The present study was undertaken to simultaneously investigate obesity-associated changes in CD16+ monocytes and ATMs (AT macrophages). In addition, a pilot randomized placebo controlled trial using the PPAR (peroxisome-proliferator-activated receptor) agonists, pioglitazone and fenofibrate was performed to determine their effects on CD14+/CD16+ monocytes, ATM and cardiometabolic and adipose dysfunction indices. Obese glucose-tolerant men (n=28) were randomized to placebo, pioglitazone (30 mg/day) and fenofibrate (160 mg/day) for 12 weeks. A blood sample was taken to assess levels of serum inflammatory markers and circulating CD14+/CD16+ monocyte levels via flow cytometry. A subcutaneous AT biopsy was performed to determine adipocyte cell surface and ATM number, the latter was determined via assessment of CD68 expression by IHC (immunohistochemistry) and real-time PCR. Subcutaneous AT mRNA expression of CEBPß (CCAAT enhancer-binding protein ß), SREBP1c (sterol-regulatory-element-binding protein 1c), PPAR?2, IRS-1 (insulin receptor substrate-1), GLUT4 (glucose transporter type 4) and TNFa (tumour necrosis factor a) were also assessed. Comparisons were made between obese and lean controls (n=16) at baseline, and pre- and post-PPAR agonist treatment. Obese individuals had significantly increased adipocyte cell surface, percentage CD14+/CD16+ monocyte numbers and ATM number (all P=0.0001). Additionally, serum TNF-a levels were significantly elevated (P=0.017) and adiponectin levels reduced (total: P=0.0001; high: P=0.022) with obesity. ATM number and percentage of CD14+/CD16+ monocytes correlated significantly (P=0.05). Pioglitazone improved adiponectin levels significantly (P=0.0001), and resulted in the further significant enlargement of adipocytes (P=0.05), without effect on the percentage CD14+/CD16+ or ATM number. Pioglitazone treatment also significantly increased subcutaneous AT expression of CEBPß mRNA. The finding that improvements in obesity-associated insulin resistance following pioglitazone were associated with increased adipocyte cell surface and systemic adiponectin levels, supports the centrality of AT to the cardiometabolic derangement underlying the development of T2D (Type 2 diabetes) and CVD (cardiovascular disease).

Family-based association studies of lipid gene polymorphisms in coronary artery disease

Dysfunction of lipid-metabolizing proteins is implicated in the pathogenesis of coronary artery disease. Single nucleotide polymorphisms in genes that encode sterol regulatory binding protein-la, adenosine triphosphate binding cassette-A1, hepatic lipase, lipoprotein lipase, and cholesteryl ester transfer protein were assessed as potential markers of disease susceptibility in a family-based study of 1,012 patients from 386 families. Association between single nucleotide polymorphisms and coronary artery disease was tested by the combined transmission disequilibrium test/sib transmission disequilibrium test and pedigree disequilibrium test. After Bonferroni's correction, the pedigree disequilibrium test demonstrated significant excess transmission (p < 0.0083) to affected patients of the hepatic lipase -514 T allele, which suggests that this may constitute a novel disease-susceptibility locus. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Transmission of two novel mutations in a pedigree with familial lecithin:cholesterol acyltransferase deficiency:structure-function relationships and studies in a compound heterozygous proband

Two novel mutations were identified in a compound heterozygous male with lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT) deficiency. Exon sequence determination of the LCAT gene of the proband revealed two novel heterozygous mutations in exons one (C110T) and six (C991T) that predict non-conservative amino acid substitutions (Thr13Met and Pro307Ser, respectively). To assess the distinct functional impact of the separate mutant alleles, studies were conducted in the proband's 3-generation pedigree. The compound heterozygous proband had negligible HDL and severely reduced apolipoprotein A-I, LCAT mass, LCAT activity, and cholesterol esterification rate (CER). The proband's mother and two sisters were heterozygous for the Pro307Ser mutation and had low HDL, markedly reduced LCAT activity and CER, and the propensity for significant reductions in LCAT protein mass. The proband's father and two daughters were heterozygous for the Thr13Met mutation and also displayed low HDL, reduced LCAT activity and CER, and more modest decrements in LCAT mass. Mean LCAT specific activity was severely impaired in the compound heterozygous proband and was reduced by 50% in individuals heterozygous for either mutation, compared to wild type family members. It is also shown that the two mutations impair both catalytic activity and expression of the circulating protein.

α-Tocopherol induces proatherogenic changes to HDL2 & HDL3: An in vitro and ex vivo investigation

Introduction: High density lipoproteins (HDL) have considerable potential for improving cardiovascular health. Additionally, epidemiological studies have identified an inverse relationship between a-tocopherol intake and cardiovascular disease, which has not been translated in randomised controlled trials. Objectives: This study assessed if increased α-tocopherol within HDL2 and HDL3 (HDL2&3) influenced their antiatherogenic potential. In the first of two in vitro investigations, the oxidation potential of HDL2&3 was assessed when α-tocopherol was added following their isolation. In the second, their oxidation potential was assessed when HDL2&3 were isolated from serum pre-incubated with α-tocopherol. Additionally, a 6-week placebo-controlled intervention with α-tocopherol assessed if α-tocopherol influenced the oxidation potential and activities of HDL2&3-associated enzymes, paraoxonase-1 (PON-1) and lecithin cholesteryl acyltransferase (LCAT). Results: Conflicting results arose from the in vitro investigations, whereby increasing concentrations of α-tocopherol protected HDL2&3 against oxidation in the post-incubated HDL2&3, and promoted HDL2&3-oxidation when they were isolated from serum pre-incubated with α-tocopherol. Following the 6-week placebo-controlled investigation, α-tocopherol increased in HDL2&3, while HDL2&3 became more susceptible to oxidation, additionally the activities of HDL2&3-PON-1 and HDL2-LCAT decreased. Conclusion: These results have shown for the first time that α-tocopherol induces changes to HDL2&3, which could contribute to the pathophysiology of cardiovascular disease.

A randomised controlled trial of increasing fruit and vegetable intake and how this influences the carotenoid concentration and activities of PON-1 and LCAT in HDL from subjects with type 2 diabetes

Background

High density lipoproteins (HDL) have many cardioprotective roles; however, in subjects with type 2 diabetes (T2D) these cardioprotective properties are diminished. Conversely, increased fruit and vegetable (F&V) intake may reduce cardiovascular disease risk, although direct trial evidence of a mechanism by which this occurs in subjects with T2D is lacking. Therefore, the aim of this study was to examine if increased F&V consumption influenced the carotenoid content and enzymes associated with the antioxidant properties of HDL in subjects with T2D.

Eighty obese subjects with T2D were randomised to a 1- or ≥6-portion/day F&V diet for 8-weeks. Fasting serum was collected pre- and post-intervention. HDL was subfractionated into HDL₂ and HDL₃ by rapid ultracentrifugation. Carotenoids were measured in serum, HDL₂ and HDL₃ by high performance liquid chromatography. The activity of paraoxonase-1 (PON-1) was measured in serum, HDL₂ and HDL₃ by a spectrophotometric assay, while the activity of lecithin cholesterol acyltransferase (LCAT) was measured in serum, HDL₂ and HDL₃ by a fluorometric assay.

In the ≥6- vs. 1-portion post-intervention comparisons, carotenoids increased in serum, HDL₂ and particularly HDL₃, (α-carotene, p = 0.008; β-cryptoxanthin, p = 0.042; lutein, p = 0.012; lycopene, p = 0.016), as did the activities of PON-1 and LCAT in HDL₃ (p = 0.006 and 0.044, respectively).

To our knowledge, this is the first study in subjects with T2D to demonstrate that increased F&V intake augmented the carotenoid content and influenced enzymes associated with the antioxidant properties of HDL. We suggest that these changes would enhance the cardioprotective properties of this lipoprotein.

Contribution of biomass combustion to air pollutant emissions

In Portugal, it was estimated that around 1.95 Mton/year of wood is used in residential wood burning for heating and cooking. Additionally, in the last decades, burnt forest area has also been increasing. These combustions result in high levels of toxic air pollutants and a large perturbation of atmospheric chemistry, interfere with climate and have adverse effects on health. Accurate quantification of the amounts of trace gases and particulate matter emitted from residential wood burning, agriculture and garden waste burning and forest fires on a regional and global basis is essential for various purposes, including: the investigation of several atmospheric processes, the reporting of greenhouse gas emissions, and quantification of the air pollution sources that affect human health at regional scales. In Southern Europe, data on detailed emission factors from biomass burning are rather inexistent. Emission inventories and source apportionment, photochemical and climate change models use default values obtained for US and Northern Europe biofuels. Thus, it is desirable to use more specific locally available data. The objective of this study is to characterise and quantify the contribution of biomass combustion sources to atmospheric trace gases and aerosol concentrations more representative of the national reality. Laboratory (residential wood combustion) and field (agriculture/garden waste burning and experimental wildland fires) sampling experiments were carried out. In the laboratory, after the selection of the most representative wood species and combustion equipment in Portugal, a sampling program to determine gaseous and particulate matter emission rates was set up, including organic and inorganic aerosol composition. In the field, the smoke plumes from agriculture/garden waste and experimental wildland fires were sampled. The results of this study show that the combustion equipment and biofuel type used have an important role in the emission levels and composition. Significant differences between the use of traditional combustion equipment versus modern equipments were also observed. These differences are due to higher combustion efficiency of modern equipment, reflecting the smallest amount of particulate matter, organic carbon and carbon monoxide released. With regard to experimental wildland fires in shrub dominated areas, it was observed that the largest organic fraction in the samples studied was mainly composed by vegetation pyrolysis products. The major organic components in the smoke samples were pyrolysates of vegetation cuticles, mainly comprising steradienes and sterol derivatives, carbohydrates from the breakdown of cellulose, aliphatic lipids from vegetation waxes and methoxyphenols from the lignin thermal degradation. Despite being a banned practice in our country, agriculture/garden waste burning is actually quite common. To assess the particulate matter composition, the smoke from three different agriculture/garden residues have been sampled into 3 different size fractions (PM2.5, PM2.5-10 and PM>10). Despite distribution patterns of organic compounds in particulate matter varied among residues, the amounts of phenolics (polyphenol and guaiacyl derivatives) and organic acids were always predominant over other organic compounds in the organosoluble fraction of smoke. Among biomarkers, levoglucosan, β-sitosterol and phytol were detected in appreciable amounts in the smoke of all agriculture/garden residues. In addition, inositol may be considered as an eventual tracer for the smoke from potato haulm burning. It was shown that the prevailing ambient conditions (such as high humidity in the atmosphere) likely contributed to atmospheric processes (e.g. coagulation and hygroscopic growth), which influenced the particle size characteristics of the smoke tracers, shifting their distribution to larger diameters. An assessment of household biomass consumption was also made through a national scale survey. The information obtained with the survey combined with the databases on emission factors from the laboratory and field tests allowed us to estimate the pollutant amounts emitted in each Portuguese district. In addition to a likely contribution to the improvement of emission inventories, emission factors obtained for tracer compounds in this study can be applied in receptor models to assess the contribution of biomass burning to the levels of atmospheric aerosols and their constituents obtained in monitoring campaigns in Mediterranean Europe.

The effects of cultural conditions and parasitism on the lipid composition of choanephora cucubitarum (Berk. Rav.) thaxter /|nJohn M. Deven. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

The fatty acid composition of the total, neutral, sterol, free fatty acid and polar-lipid fractions in the mycelium of Choanephora cucurbitarum was determined. The major fatty acids in all lipid fractions were palmitic, oleic, linoleic and y-linolenic acid. Different lipid fractions did not show any particular preference for any individual fatty acid; however, the degree of unsaturation was different in various lipid fractions. Addition of glutamic acid to the malt-yeast extract medium resulted in the biosynthesis of a number of long-chain fatty acids beyond y-linolenic acid. These fatty acids, e.g. C22~1' C24:0 and C26=Q were never observed to be present in the fungus when grown on a malt-yeast extract medium without glutamic acid. Furthermore, thin-layer chromatographic analysis showed a larger and denser spot of diphosphatidyl glycerol from the mycelium grown on the glutamic acid medium than from the control mycelium. Various cultural conditions such as temperature, age, pH, light and carbon:nitrogen ratio in the growth medium used in this study did not alter the qualitative profile of fatty acids normally present in the organism. Neither did these conditions stimulate the production of further long-chain fatty acids (C20 - C26) beyond y-linolenic acid as observed in growth media containing glutamic acid. These cultural conditions influenced the degree of unsaturation, this being due mainly to changes in the concentration of y-linolenic acid. The fatty acid pattern of the lipid fractions though the same qualitatively, differed quantitatively due to the variation in the y-linolenic acid content under different cultural conditions. The degree of unsaturation of various lipid fractions decreased with increases in temperature, light intensity and pH, but within each treatment the same pattern of decreasing degree of unsaturation with increasing age was observed. The cultural conditions, used in this study, are also known to influence the degree and rate of development of the parasite, Piptocephalis virginiana. A direct correlation was observed between the levels of y-linolenic acid in C. cucurbitarum during the early stages of growth (24 h) and the degree of parasitism of P. virginiana. The amount of y-linolenic acid present in the host mycelium was found to be unrelated to either the dry weight of the mycelium or to the total lipid contents. K. virginiana is confined to host species which produce y-linolenic acid in their mycelium. The lipid profile of the host, C. cucurbitarum, did not show a significant qualitative or quantitative change in the lipid profile as a result of infection by the parasite, P. virginiana,e However, an increase in the total lipid was observed in the infected host mycelium. The significance of these results is discussed.

Régulation de la proprotéine convertase subtilisine / kexine type 9 (PCSK9) dans les cellules intestinales Caco-2/15

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin.

Identification des réseaux transcriptionnnels de résistance aux antifongiques chez Candida albicans

Plusieurs souches cliniques de Candida albicans résistantes aux médicaments antifongiques azolés surexpriment des gènes encodant des effecteurs de la résistance appartenant à deux classes fonctionnelles : i) des transporteurs expulsant les azoles, CDR1, CDR2 et MDR1 et ii) la cible des azoles 14-lanostérol déméthylase encodée par ERG11. La surexpression de ces gènes est due à la sélection de mutations activatrices dans des facteurs de transcription à doigts de zinc de la famille zinc cluster (Zn2Cys6) qui contrôlent leur expression : Tac1p (Transcriptional activator of CDR genes 1) contrôlant l’expression de CDR1 et CDR2, Mrr1p (Multidrug resistance regulator 1), régulant celle de MDR1 et Upc2p (Uptake control 2), contrôlant celle d’ERG11. Un autre effecteur de la résistance clinique aux azoles est PDR16, encodant une transférase de phospholipides, dont la surexpression accompagne souvent celle de CDR1 et CDR2, suggérant que les trois gènes appartiennent au même régulon, potentiellement celui de Tac1p. De plus, la régulation transcriptionnelle du gène MDR1 ne dépend pas seulement de Mrr1p, mais aussi du facteur de transcription de la famille basic-leucine zipper Cap1p (Candida activator protein 1), un régulateur majeur de la réponse au stress oxydatif chez C. albicans qui, lorsque muté, induit une surexpression constitutive de MDR1 conférant la résistance aux azoles. Ces observations suggèrent qu’un réseau de régulation transcriptionnelle complexe contrôle le processus de résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans. L’objectif de mon projet au doctorat était d’identifier les cibles transcriptionnelles directes des facteurs de transcription Tac1p, Upc2p et Cap1p, en me servant d’approches génétiques et de génomique fonctionnelle, afin de i) caractériser leur réseau transcriptionnel et les modules transcriptionnels qui sont sous leur contrôle direct, et ii) d’inférer leurs fonctions biologiques et ainsi mieux comprendre leur rôle dans la résistance aux azoles. Dans un premier volet, j’ai démontré, par des expériences de génétique, que Tac1p contrôle non seulement la surexpression de CDR1 et CDR2 mais aussi celle de PDR16. Mes résultats ont identifié une nouvelle mutation activatrice de Tac1p (N972D) et ont révélé la participation d’un autre régulateur dans le contrôle transcriptionnel de CDR1 et PDR16 dont l’identité est encore inconnue. Une combinaison d’expériences de transcriptomique et d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à l’hybridation sur des biopuces à ADN (ChIP-chip) m’a permis d’identifier plusieurs gènes dont l’expression est contrôlée in vivo et directement par Tac1p (PDR16, CDR1, CDR2, ERG2, autres), Upc2p (ERG11, ERG2, MDR1, CDR1, autres) et Cap1p (MDR1, GCY1, GLR1, autres). Ces expériences ont révélé qu’Upc2p ne contrôle pas seulement l’expression d’ERG11, mais aussi celle de MDR1 et CDR1. Plusieurs nouvelles propriétés fonctionnelles de ces régulateurs ont été caractérisées, notamment la liaison in vivo de Tac1p aux promoteurs de ses cibles de façon constitutive et indépendamment de son état d’activation, et la liaison de Cap1p non seulement à la région du promoteur de ses cibles, mais aussi celle couvrant le cadre de lecture ouvert et le terminateur transcriptionnel putatif, suggérant une interaction physique avec la machinerie de la transcription. La caractérisation du réseau transcriptionnel a révélé une interaction fonctionnnelle entre ces différents facteurs, notamment Cap1p et Mrr1p, et a permis d’inférer des fonctions biologiques potentielles pour Tac1p (trafic et la mobilisation des lipides, réponse au stress oxydatif et osmotique) et confirmer ou proposer d’autres fonctions pour Upc2p (métabolisme des stérols) et Cap1p (réponse au stress oxydatif, métabolisme des sources d’azote, transport des phospholipides). Mes études suggèrent que la résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans est intimement liée au métabolisme des lipides membranaires et à la réponse au stress oxydatif.

Mécanismes d'activation de la voie lysosomale durant l'apoptose chimio-induite

L’apoptose est une forme de mort cellulaire essentielle au développement et au maintien de l’homéostase chez les animaux multicellulaires. La machinerie apoptotiq ue requiert la participation des caspases, des protéases conservées dans l’évolution et celle des organelles cytoplasmiques. Les lysosomes subissent des ruptures partielles, labilisation de la membrane lysosomale (LML), qui entraînent l’activation des cathepsines dans le cytoplasme de cellules cancéreuses humaines en apoptose induite par la camptothecin (CPT), incluant les histiocytes humains U-937. Ces modifications lysosomales se manifestent tôt durant l’activation de l’apoptose, concomitamment avec la perméabilisation de la mitochondrie et l’activation des caspases. Une étude protéomique quantitative et comparative a permis d’identifier des changements précoces dans l’expression/localisation de protéines lysosomales de cellules U-937 en apoptose. Lors de deux expériences indépendantes, sur plus de 538 protéines lysosomales identifiées et quantifiées grâce au marquage isobarique iTRAQ et LC-ESIMS/ MS, 18 protéines augmentent et 9 diminuent dans les lysosomes purifiés de cellules en cours d’apoptose comparativement aux cellules contrôles. Les candidats validés par immuno-buvardage et microscopie confocale incluent le stérol-4-alpha-carboxylate 3- déhydrogénase, le prosaposin et la protéine kinase C delta (PKC-d). Des expériences fonctionnelles ont démontrées que la translocation de PKC-d aux lysosomes est requise pour la LML puisque la réduction de son expression par ARN interférents ou l’inhibition de son activité à l’aide du rottlerin empêche la LML lors de l’apoptose induite par la CPT. La translocation de PKC-d aux lysosomes conduit à la phosphorylation et l’activation de la sphingomyelinase acide lysosomale (ASM), et à l’accroissement subséquent du contenu en céramide (CER) à la membrane lysosomale. Cette accumulation de CER endogène aux lysosomes est un évènement critique pour la LML induite par la CPT car l’inhibition de l’activité de PKC-d ou de ASM diminue la formation de CER et la LML.Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel la PKC-d active l’ASM qui conduit à son tour à l’accumulation de CER à la membrane lysosomale et déclenche la LML et l’activation de la voie lysosomale de l’apoptose induite par la CPT. En somme, ce mécanisme confirme l’importance du métabolisme des sphingolipides dans l’activation de la voie lysosomale de l’apoptose.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Études des interactions détergents/lipides dans les systèmes membranaires

Les liposomes sont des structures sphériques formés par l'auto-assemblage de molécules amphiphiles sous forme d'une bicouche. Cette bicouche sépare le volume intérieur du liposome du milieu extérieur, de la même manière que les membranes cellulaires. Les liposomes sont donc des modèles de membranes cellulaires et sont formulés pour étudier les processus biologiques qui font intervenir la membrane (transport de molécules à travers la membrane, effets des charges en surface, interactions entre la matrice lipidique et d'autres molécules, etc.). Parce qu'ils peuvent encapsuler une solution aqueuse en leur volume intérieur, ils sont aussi utilisés aujourd'hui comme nanovecteurs de principes actifs. Nous avons formulé des liposomes non-phospholipidiques riches en stérol que nous avons appelés stérosomes. Ces stérosomes sont composés d'environ 30 % d'amphiphiles monoalkylés et d'environ 70 % de stérols (cholestérol, Chol, et/ou sulfate de cholestérol, Schol). Quand certaines conditions sont respectées, ces mélanges sont capables de former une phase liquide ordonnée (Lo) pour donner, par extrusion, des vésicules unilamellaires. Certaines de ces nouvelles formulations ont été fonctionnalisées de manière à libérer leur contenu en réponse à un stimulus externe. En incorporant des acides gras dérivés de l’acide palmitique possédant différents pKa, nous avons pu contrôler le pH auquel la libération débute. Un modèle mathématique a été proposé afin de cerner les paramètres régissant leur comportement de libération. En incorporant un amphiphile sensible à la lumière (un dérivé de l’azobenzène), les liposomes formés semblent répondre à une radiation lumineuse. Pour ce système, il serait probablement nécessaire de tracer le diagramme de phase du mélange afin de contrôler la photo-libération de l’agent encapsulé. Nous avons aussi formulé des liposomes contenant un amphiphile cationique (le chlorure de cétylpyridinium). En tant que nanovecteurs, ces stérosomes montrent un potentiel intéressant pour la libération passive ou contrôlée de principes actifs. Pour ces systèmes, nous avons développé un modèle pour déterminer l’orientation des différentes molécules dans la bicouche. La formation de ces nouveaux systèmes a aussi apporté de nouvelles connaissances dans le domaine des interactions détergents-lipides. Aux nombreux effets du cholestérol (Chol) sur les systèmes biologiques, il faut ajouter maintenant que les stérols sont aussi capables de forcer les amphiphiles monoalkylés à former des bicouches. Cette nouvelle propriété peut avoir des répercussions sur notre compréhension du fonctionnement des systèmes biologiques. Enfin, les amphiphiles monoalkylés peuvent interagir avec la membrane et avoir des répercussions importantes sur son fonctionnement. Par exemple, l'effet antibactérien de détergents est supposé être dû à leur insertion dans la membrane. Cette insertion est régie par l'affinité existant entre le détergent et cette dernière. Dans ce cadre, nous avons voulu développer une nouvelle méthode permettant d'étudier ces affinités. Nous avons choisi la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour sa sensibilité. Les hypothèses permettant de déterminer cette constante d’affinité se basent sur l’incapacité du détergent à exalter le signal SERS lorsque le détergent est inséré dans la membrane. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par titration calorimétrique isotherme (ITC). Les résultats ont montré des différences. Ces différences ont été discutées.