Comparisons of the release of vasodilator substances from left and right cardiac chambers of the isolated perfused rabbit heart: Implications for intraventricular thrombus formation

Prostacyclin (PgI(2)) and endothelium-derived nitric oxide (EDNO) are produced by the arterial and venous endothelium. In addition to their vasodilator action on vascular smooth muscle, both act together to inhibit platelet aggregation and promote platelet disaggregation. EDNO also inhibits platelet adhesion to the endothelium. EDNO and PgI(2) have been shown to be released from the cultured endocardial cells. In this study, we examined the release of vasoactive substances from the intact endocardium by using isolated rabbit hearts perfused with physiological salt solution (95% O(2)/5% CO(2), T = 37 degrees C). The right and left cardiac chambers were perfused through separate constant-flow perfusion loops (physiological salt solution, 8 ml min(-1)). Effluent from left and right cardiac, separately, was bioassayed on canine coronary artery smooth muscle, which had been contracted with prostaglandin F(2 alpha_)(2 x 10(-6) M) and no change in tension was exhibit. However, addition of calcium ionophore A23187 (10(-6) M) to the cardiac chambers` perfusion line induced vasodilation of the bioassay coronary ring, 61.4 +/- 7.4% versus 70.49 +/- 6.1% of initial prostaglandin F(2 alpha) contraction for the left and right cardiac chambers perfusate, respectively (mean +/- SEM, n = 10, p > 0.05). Production of vasodilator was blocked totally in the left heart but, only partially blocked in the right heart by adding indomethacin (10(-5) M) to the perfusate, respectively, 95.2 +/- 2.2% versus 41.5 +/- 4.8% (mean +/- SEM, n = 10, p < 0.05). 6-Keto prostaglandin F(1 alpha), measured in the endocardial superfusion effluent was also higher for the left cardiac chambers than for the right at the time of stimulation with the A23187, respectively, 25385.88 +/- 5495 pg/ml (n = 8) versus 13,132.45 +/- 1839.82 pg/ml (n = 8), (p < 0.05). These results showed that cyclooxygenase pathway plays major role in generating vasoactive substances for the left cardiac chamber endocardium; while it is not the main pathway for the right ventricular endocardium at which EDNO and PgI(2) Could act together and potentiate their antithrombogenic activities in isolated perfused rabbit heart. This may be an explanation for the intraventricular thrombus mostly seen in left ventricle rather than in right ventricle as a complication of myocardial infarction. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Compound 48/80 induces endothelium-dependent and histamine release-independent relaxation in rabbit aorta

Compound 48/80 (C48/80) is a synthetic condensation product of N-methyl-p-methoxyphenethyl am me with formaldehyde and is an experimental drug used since the 1950s to induce anaphylactic shock through histamine release. This study was carried out to further elucidate the mechanism by which this drug induces nitric oxide (NO) release. Our specific goals were: (a) to verify if C48/80`s relaxation occurs through the stimulation of histamine receptors; (b) to evaluate the endothelium-dependent relaxation induced by C48/80; (c) to identify NO as the endothelium-relaxing factor released by C48/80; (d) to identify the NO synthase (NOS) responsible for NO release; and (e) to verify if the relaxation induced by C48/80 is calcium and cyclic guanidine monophosphate (cGMP) dependent. Rabbit aorta segments, with and without endothelium, were suspended in organ chambers (25 ml) filled with Krebs solution maintained at 37 degrees C, bubbled with 95% O-2/5% CO2 (pH 7.4). Phenylephrine was used to contract the segments. Other protocol drugs included H-1- and H-2-receptor antagonists, cyclooxygenase, NOS, guanylyl cyclase and phospholipase C (PLC) inhibitors. Endothelium-dependent relaxation induced by C48/80 was also studied in calcium-free Krebs solution associated with a calcium chelator. In summary, our investigation demonstrated that the C48/80 vasodilating action: (a) does not depend on H-1 and H-2 histamine receptors; (b) is NO endothelium-dependent; (c) is dependent on the endothelial constitutive NOS (NOS-3) isoform activation; (d) is cGMP-dependent; and that NOS-3 activation by C48/80: (a) is independent of PLC up to 25 mu g/ml and (b) is partially dependent of this lipase in higher doses. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Hemodynamic effects of inducible nitric oxide synthase inhibition combined with sildenafil during acute pulmonary embolism

While endogenous nitric oxide (NO) may be relevant to the beneficial hemodynamic effects produced by sildenafil during acute pulmonary embolism (APE), huge amounts of inducible NO synthase (iNOS)derived NO may contribute to lung injury. We hypothesized that iNOS inhibition with S-methylisothiourea could attenuate APE-induced increases in oxidative stress and pulmonary hypertension and, therefore, could improve the beneficial hemodynamic and antioxidant effects produced by sildenafil during APE. Hemodynamic evaluations were performed in non-embolized dogs treated with saline (n = 4), S-methylisothiourea (0.01 mg/kg followed by 0.5 mg/kg/h, n = 4), sildenafil (0.3 mg/kg, n = 4), or S-methylisothiourea followed by sildenafil (n = 4), and in dogs that received the same drugs and were embolized with silicon microspheres (n = 8 for each group). Plasma nitrite/nitrate (NOx) and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) concentrations were determined by Griess and a fluorometric assay, respectively. APE increased mean pulmonary arterial pressure (MPAP) and pulmonary vascular resistance index (PVRI) by 25 +/- 1.7 mm Hg and by 941 +/- 34 dyn s cm(-5) m(-2), respectively. S-methylisothiourea neither attenuated APE-induced pulmonary hypertension, nor enhanced the beneficial hemodynamic effects produced by sildenafil after APE (>50% reduction in pulmonary vascular resistance). While sildenafil produced no change in plasma NOx concentrations, S-methylisothiourea alone or combined with sildenafil blunted APE-induced increases in NOx concentrations. Both drugs, either alone or combined, produced antioxidant effects. In conclusion, although iNOS-derived NO may play a key role in APE-induced oxidative stress, our results suggest that the iNOS inhibitor S-methylisothiourea neither attenuates APE-induced pulmonary hypertension, nor enhances the beneficial hemodynamic effects produced by sildenafil. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Analysis of thermodynamic non-ideality in terms of protein solvation

The effects of thermodynamic non-ideality on the forms of sedimentation equilibrium distributions for several isoelectric proteins have been analysed on the statistical-mechanical basis of excluded volume to obtain an estimate of the extent of protein solvation. Values of the effective solvation. parameter delta are reported for ellipsoidal as well as spherical models of the proteins, taken to be rigid, impenetrable macromolecular structures. The dependence of the effective solvated radius upon protein molecular mass exhibits reasonable agreement with the relationship calculated for a model in which the unsolvated protein molecule is surrounded by a 0.52-nm solvation shell. Although the observation that this shell thickness corresponds to a double layer of water molecules may be of questionable relevance to mechanistic interpretation of protein hydration, it augurs well for the assignment of magnitudes to the second virial coefficients of putative complexes in the quantitative characterization of protein-protein interactions under conditions where effects of thermodynamic non-ideality cannot justifiably be neglected. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Studies of solute self-association by sedimentation equilibrium: allowance for effects of thermodynamic non-ideality beyond the consequences of nearest-neighbor interactions

A sedimentation equilibrium study of a-chymotrypsin self-association in acetate-chloride buffer, pH 4.1 I 0.05, has been used to illustrate determination of a dimerization constant under conditions where thermodynamic non-ideality is manifested beyond the consequences of nearest-neighbor interactions. Because the expressions for the experimentally determinable interaction parameters comprise a mixture of equilibrium constant and excluded volume terms, the assignment of reasonable magnitudes to the relevant virial coefficients describing non-associative cluster formation is essential for the evaluation of a reliable estimate of the dimerization constant. Determination of these excluded volume parameters by numerical integration over the potential-of-mean-force is shown to be preferable to their calculation by approximate analytical solutions of the integral for this relatively small enzyme monomer with high net charge (+ 10) under conditions of low ionic strength (0.05 M). (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Oxidizing species in the mechanism of cytochrome P450

This review discusses the mechanisms of oxygen activation by cytochrome P450 enzymes, the possible catalytic roles of the various iron-oxygen species formed in the catalytic cycle, and progress in understanding the mechanisms of hydrocarbon hydroxylation, heteroatom oxidation, and olefin epoxidation. The focus of the review is on recent results, but earlier work is discussed as appropriate. The literature through to February 2002 is surveyed, and 175 referenced are cited.

Further evidence for the reliance of catalysis by rabbit muscle pyruvate kinase upon isomerization of the ternary complex between enzyme and products

Isothermal calorimetry has been used to examine the effect of thermodynamic non-ideality on the kinetics of catalysis by rabbit muscle pyruvate kinase as the result of molecular crowding by inert cosolutes. The investigation, designed to detect substrate-mediated isomerization of pyruvate kinase, has revealed a 15% enhancement of maximal velocity by supplementation of reaction mixtures with 0.1 M proline, glycine or sorbitol. This effect of thermodynamic non-ideality implicates the existence of a substrate-induced conformational change that is governed by a minor volume decrease and a very small isomerization constant; and hence, substantiates earlier inferences that the rate-determining step in pyruvate kinase kinetics is isomerization of the ternary enzyme product complex rather than the release of products. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Allowance for thermodynamic non-ideality in the characterization of protein self-association by frontal exclusion chromatography: hemoglobin revisited

This investigation re-examines theoretical aspects of the allowance for effects of thermodynamic non-ideality on the characterization of protein self-association by frontal exclusion chromatography, and thereby provides methods of analysis with greater thermodynamic rigor than those used previously. Their application is illustrated by reappraisal of published exclusion chromatography data for hemoglobin on the controlled-pore-glass matrix CPG-120. The equilibrium constant of 100/M that is obtained for dimerization of the (02 species by this means is also deduced from re-examination of published studies of concentrated hemoglobin solutions by osmotic pressure and sedimentation equilibrium methods. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Revealing fungal activity in the presence of ionic liquids

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

The foundations of zoology / by William Keith Brooks.

1899-1907

The foundations of zoology / by William Keith Brooks.

1899-1907

Identification of Ligands for the Tau Exon 10 Splicing Regulatory Element RNA Using Dynamic Combinatorial Chemistry

We describe the use of dynamic combinatorial chemistry (DCC) to identify ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5'-intron junction of Tau pre-mRNA, which is involved in the onset of several tauopathies including frontotemporal dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17). A series of ligands that combine the small aminoglycoside neamine and heteroaromatic moieties (azaquinolone and two acridines) have been identified by using DCC. These compounds effectively bind the stem-loop RNA target (the concentration required for 50% RNA response (EC(50)): 2-58 μM), as determined by fluorescence titration experiments. Importantly, most of them are able to stabilize both the wild-type and the +3 and +14 mutated sequences associated with the development of FTDP-17 without producing a significant change in the overall structure of the RNA (as analyzed by circular dichroism (CD) spectroscopy), which is a key factor for recognition by the splicing regulatory machinery. A good correlation has been found between the affinity of the ligands for the target and their ability to stabilize the RNA secondary structure.

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 in human disease

Les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent au tournant de ce siècle la principale cause de mortalité dans le monde. Parmi les facteurs de risque, l’hypercholestérolémie et l’obésité abdominale sont directement liées au développement précoce de l’athérosclérose. L’hypercholestérolémie familiale, communément associée à une déficience des récepteurs des lipoprotéines de basse densité (LDLR), est connue comme cause de maladie précoce d’athérosclérose et de calcification aortique chez l’humain. La subtilisine convertase proprotéine/kexine du type 9 (PCSK9), membre de la famille des proprotéines convertases, est trouvée indirectement associée aux MCV par son implication dans la dégradation du LDLR. Chez l'humain, des mutations du gène PCSK9 conduisent soit à une hypercholestérolémie familiale, soit à une hypocholestérolémie, selon que la mutation entraîne un gain ou une perte de fonction, respectivement. Il demeure incertain si les individus porteurs de mutations causant un gain de fonction de la PCSK9 développeront une calcification aortique ou si des mutations entraînant une perte de fonction provoqueront une obésité abdominale. Dans cette étude, nous avons examiné : 1) l’effet d’une surexpression de PCSK9 dans le foie de souris sur la calcification aortique ; 2) les conséquences d’une déficience en PCSK9 (Pcsk9 KO), mimant une inhibition pharmacologique, sur le tissu graisseux. Nous avons utilisé un modèle de souris transgénique (Tg) surexprimant le cDNA de PCSK9 de souris dans les hépatocytes de souris et démontrons par tomographie calculée qu’une calcification survient de façon moins étendue chez les souris PCSK9 Tg que chez les souris déficientes en LDLR. Alors que le PCSK9 Tg et la déficience en LDLR causaient tous deux une hypercholestérolémie familiale, les niveaux seuls de cholestérol circulant ne parvenaient pas à prédire le degré de calcification aortique. Dans une seconde étude, nous utilisions des souris génétiquement manipulées dépourvues de PSCK9 et démontrons que l’accumulation de graisses viscérales (adipogenèse) apparaît régulée par la PCSK9 circulante. Ainsi, en l’absence de PCSK9, l’adipogenèse viscérale augmente vraisemblablement par régulation post-traductionnelle des récepteurs à lipoprotéines de très basse densité (VLDLR) dans le tissu adipeux. Ces deux modèles mettent en évidence un équilibre dynamique de la PCSK9 dans des voies métaboliques différentes, réalisant un élément clé dans la santé cardiovasculaire. Par conséquent, les essais d’investigations et d’altérations biologiques de la PCSK9 devraient être pris en compte dans un modèle animal valide utilisant une méthode sensible et en portant une attention prudente aux effets secondaires de toute intervention.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale.