Project Fact Sheet: Academic Health Sciences Center Master Planning Initiative

Fact sheet describing the desired qualifications for the Academic Health Sciences Master Planning Initiative team.

Conformational dynamics associated with ligand binding to vertebrate hexa-coordinate hemoglobins

Neuroglobin (Ngb) and cytoglobin (Cygb) are two new additions to the globin family, exhibiting heme iron hexa-coordination, a disulfide bond and large internal cavities. These proteins are implicated in cytoprotection under hypoxic-ischemic conditions, but the molecular basis of their cytoprotective function is unclear. Herein, a photothermal and spectroscopic study of the interactions of diatomic ligands with Ngb, Cygb, myoglobin and hemoglobin is presented. The impact of the disulfide bond in Ngb and Cygb and role of conserved residues in Ngb His64, Val68, Cys55, Cys120 and Tyr44 on conformational dynamics associated with ligand binding/dissociation were investigated. Transient absorption and photoacoustic calorimetry studies indicate that CO photo-dissociation from Ngb leads to a volume expansion (13.4±0.9 mL mol-1), whereas a smaller volume change was determined for Ngb with reduced Cys (ΔV=4.6±0.3 mL mol-1). Furthermore, Val68 side chain regulates ligand migration between the distal pocket and internal hydrophobic cavities since Val68Phe geminate quantum yield is ∼2.7 times larger than that of WT Ngb. His64Gln and Tyr44Phe mutations alter the thermodynamic parameters associated with CO photo-release indicating that electrostatic/hydrogen binding network that includes heme propionate groups, Lys 67, His64, and Tyr 44 in Ngb modulates the energetics of CO photo-dissociation. In Cygb, CO escape from the protein matrix is fast (< 40 ns) with a ΔH of 18±2 kcal mol-1 in Cygbred, whereas disulfide bridge formation promotes a biphasic ligand escape associated with an overall enthalpy change of 9±4 kcal mol-1. Therefore, the disulfide bond modulates conformational dynamics in Ngb and Cygb. I propose that in Cygb with reduced Cys the photo-dissociated ligand escapes through the hydrophobic tunnel as occurs in Ngb, whereas the CO preferentially migrates through the His64 gate in Cygbox. To characterize Cygb surface 1,8-ANS interactions with Cygb were investigated employing fluorescence spectroscopy, ITC and docking simulations. Two 1,8-ANS binding sites were identified. One binding site is located close to the extended N-terminus of Cygb and was also identified as a binding site for oleate. Furthermore, guanidinium hydrochloride-induced unfolding studies of Cygb reveal that the disulfide bond does not impact Cygb stability, whereas binding of cyanide slightly increases the protein stability.

Speciation, metabolism, toxicity, and protein-binding of different arsenic species in human cells

Despite of its known toxicity and potential to cause cancer, arsenic has been proven to be a very important tool for the treatment of various refractory neoplasms. One of the promising arsenic-containing chemotherapeutic agents in clinical trials is Darinaparsin (dimethylarsinous glutathione, DMA III(GS)). In order to understand its toxicity and therapeutic efficacy, the metabolism of Darinaparsin in human cancer cells was evaluated. With the aim of detecting all potential intermediates and final products of the biotransformation of Darinaparsin and other arsenicals, an analytical method employing high performance liquid chromatography inductively coupled mass spectrometry (HPLC-ICP-MS) was developed. This method was shown to be capable of separating and detecting fourteen human arsenic metabolites in one chromatographic run. The developed analytical technique was used to evaluate the metabolism of Darinaparsin in human cancer cells. The major metabolites of Darinaparsin were identified as dimethylarsinic acid (DMAV), DMA III(GS), and dimethylarsinothioyl glutathione (DMMTAV(GS)). Moreover, the method was employed to study the conditions and mechanisms of formation of thiol-containing arsenic metabolites from DMAIII(GS) and DMAV as the mechanisms of formation of these important As species were unknown. The arsenic sulfur compounds studied included but were not limited to the newly discovered human arsenic metabolite DMMTA V(GS) and the unusually highly toxic dimethylmonothioarsinic acid (DMMTAV). It was found that these species may form from hydrogen sulfide produced in enzymatic reactions or by utilizing the sulfur present in protein persulfides. Possible pathways of thiolated arsenical formation were proposed and supporting data for their existence provided. In addition to known mechanism of arsenic toxicity such as protein-binding and reactive oxygen formation, it was proposed that the utilization of thiols from protein persulfides during the formation of thiolated arsenicals may be an additional mechanism of toxicity. The toxicities of DMAV(GS), DMMTA V, and DMMTAV(GS) were evaluated in cancer cells, and the ability of these cells to take the compounds up were compared. When assessing the toxicity by exposing multiple myeloma cells to arsenicals externally, DMMTAV(GS) was much less toxic than DMAIII(GS) and DMMTAV, probably as a result of its very limited uptake (less than 10% and 16% of DMAIII(GS) and DMMTAV respectively).^

Iowa State University : premedical and health sciences, 2005

Includes information on Premedical and Health Sciences programs available at Iowa State University.

Access, attitudes and training in information technologies and evidence-based medicine among medical students at University of Zimbabwe College of Health Sciences.

Background: The Medical Education Partnership Initiative, has helped to mitigate the digital divide in Africa. The aim of the study was to assess the level of access, attitude, and training concerning meaningful use of electronic resources and EBM among medical students at an African medical school. Methods: The study involved medical students at the University of Zimbabwe College of Health Sciences, Harare. The needs assessment tool consisted of a 21-question, paper-based, voluntary and anonymous survey. Results: A total of 61/67 (91%), responded to the survey. 60% of the medical students were ‘third-year medical students’. Among medical students, 85% of responders had access to digital medical resources, but 54% still preferred printed medical textbooks. Although 25% of responders had received training in EBM, but only 7% found it adequate. 98% of the participants did not receive formal training in journal club presentation or analytical reading of medical literature, but 77 % of them showed interest in learning these skills. Conclusion: Lack of training in EBM, journal club presentation and analytical reading skills have limited the impact of upgraded technology in enhancing the level of knowledge. This impact can be boosted by developing a curriculum with skills necessary in using EBM.

Clustering of variables with a three-way approach for health sciences

© 2014 Cises This work is distributed with License Creative Commons Attribution-Non commercial-No derivatives 4.0 International (CC BY-BC-ND 4.0)

Vitronectin – master controller or micromanager?

The concept of the cellular glycoprotein vitronectin acts as a biological ‘glue’ and key controller of mammalian tissue repair and remodelling activity is emerging from nearly 50 years of experimental in vitro and in vivo data. Unexpectedly, the vitronectin-knock-out mouse was found to be viable and to have largely normal phenotype. However, diligent observation revealed that the VN-KO animal exhibits delayed coagulation and poor wound healing. This is interpreted to indicate that vitronectin occupies a role in the earliest events of thrombogenesis and tissue repair. That role is as a foundation upon which the thrombus grows in an organised structure. In addition to closing the wound, the thrombus also serves to protect the underlying tissue from oxidation, is a reservoir of mitogens and tissue repair mediators and provides a provisional scaffold for the repairing tissue. In the absence of vitronectin (e.g. VN-KO animal) this cascade is disrupted before it begins. Our data demonstrates that a wide variety of biologically active species associate with VN. While initial studies were focused on mitogens, other classes of bioactives (e.g. glycosaminoglycans, metalloproteinases) are now also known to specifically interact with VN. Many of these interactions are long-lived, often resulting in multi-protein complexes, while others are stable for prolonged periods. Multiprotein complexes provide several advantages: prolonging molecular interaction; sustaining local concentrations, facilitating co-stimulation of cell surface receptors and thereby enhancing cellular / biological responses. We contend that these, or equivalent, multi-protein complexes mediate vitronectin functionality in vivo. It is also likely that many of the species demonstrated to associate with vitronectin in vitro, also associate with vitronectin in vivo in similar multi-protein complexes. Thus the predominant biological function of vitronectin is that of a master controller of the extracellular environment; informing, and possibly instructing cells ‘where’ to behave, ‘when’ to behave, and ‘how’ to behave (i.e. appropriately for the current circumstance).

Solid-state MAS NMR measurements of intact articular bovine cartilage

Articular cartilage (AC), an avascular connective tissue lining articulating surfaces of the long bones, comprises extracellular biopolymers. In functionally compromised states such as osteoarthritis, thinned or lost AC causes reduced mobility and increased health-care costs. Understanding of the characteristics responsible for the load bearing efficiency of AC and the factors leading to its degradation are incomplete. DTI shows the structural alignment of collagen in AC [1] and T2 relaxation measurements suggest that the average director of reorientational motion of water molecules depends on the degree of alignment of collagen in AC [2]. Information on the nature of the chemical interactions involved in functional AC is lacking. The need for AC structural integrity makes solid state NMR an ideal tool to study this tissue. We examined the contribution of water in different functional ‘compartments’ using 1H-MAS, 13C-MAS and 13C-CPMAS NMR of bovine patellar cartilage incubated in D2O. 1H-MAS spectra signal intensity was reduced due to H/D exchange without a measureable redistribution of relative signal intensity. Chemical shift anisotropy was estimated by lineshape analysis of multiple peaks in the 1H-MAS spinning sidebands. These asymmetrical sidebands suggested the presence of multiple water species in AC. Therefore, water was added in small aliquots to D2O saturated AC and the influence of H2O and D2O on organic components was studied with 13C-MAS-NMR and 13C-CPMAS-NMR. Signal intensity in 13C-MAS spectra showed no change in relative signal intensity throughout the spectrum. In 13C-CPMAS spectra, displacement of water by D2O resulted in a loss of signal in the aliphatic region due to a reduction in proton availability for cross-polarization. These results complement dehydration studies of cartilage using osmotic manipulation [3] and demonstrate components of cartilage that are in contact with mobile water.

Nouveaux paramètres d'exploration de la fonction plaquettaire en clinique : thrombose tardive, profilage micro-membranaire et détection de sous-populations cellulaires

Les plaquettes sanguines sont les principaux acteurs de l’hémostase primaire et de la thrombose, deux éléments majeurs de la physiopathologie vasculaire. Plusieurs médicaments régulent les fonctions plaquettaires mais peu de tests sont validés pour suivre leur efficacité en fonction de l’évolution clinique des patients. Mon doctorat a eu pour but de développer de nouvelles approches d’évaluation de la fonction plaquettaire. Deux essais cliniques réalisés sur des patients atteints de syndrome coronarien stable ont constitué la première partie de mon doctorat. La première étude met en évidence la nécessité d'une standardisation des tests biologiques pour la détection de patients répondant moins au clopidogrel, un inhibiteur du récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y12. L’étude suivante montre le potentiel thérapeutique, chez ces patients, de l’inhibition conjointe de P2Y12 et du second récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y1, sur la fonction plaquettaire. De plus, le suivi en temps réel par vidéomiscroscopie a permis de distinguer des effets précoces et tardifs des antiplaquettaires sur la formation du thrombus en chambre de perfusion. La seconde partie de mon doctorat concerne les microdomaines membranaires de type « lipid rafts » qui tiennent une place fondamentale dans les fonctions cellulaires et plaquettaires. Ainsi plusieurs récepteurs dépendent de ces microdomaines, régulant la fonction plaquettaire et les effets des médicaments antiplaquettaires. Cependant, les techniques d’étude de ces microdomaines sont complexes et peu adaptées aux études cliniques. Profitant de nouvelles sondes fluorescentes sensibles au niveau d’ordre liquide membranaire (OLM), nous avons développé une méthode de mesure de l’OLM par cytométrie de flux spectrale. Grâce à cette approche, nous avons montré que l’activation plaquettaire diminue l’OLM alors qu’il est augmenté chez des patients traités par un inhibiteur de la synthèse du cholestérol ou par le clopidogrel. Nous avons également mis en évidence, en condition de forces de cisaillement élevées correspondant à celles retrouvées au niveau de sténoses artérielles, une sous-population plaquettaire présentant un OLM plus bas. Le passage dans le domaine clinique de ces approches fondamentales qui privilégient l’étude dynamique des plaquettes pourrait permettre d’améliorer le diagnostique et le suivi de traitement de pathologies cardiovasculaires.

Rôle de la phospholipase A2 de type V dans le recrutement de leucocytes au foyer inflammatoire

Les phospholipases A2 sécrétées (sPLA2) font partie d’une grande famille d’enzymes impliquées dans la synthèse d’écosanoïdes, de chimiokines et dans l’expression de molécules d’adhérence. Ce groupe comprend dix isoformes différentes (sPLA2-IB, -IIA, -IIC, -IID, -IIE, -IIF, -III, -V, -X et XII) dont la majorité sont surexprimées en présence de molécules pro-inflammatoires telles que l’interleukine-1β (IL-1 β) et le lipopolysaccharide bactérien (LPS). La sPLA2-IIA fut longtemps considérée comme la principale sPLA2 associée à l’inflammation. Toutefois, un nombre grandissant d’études suggère l’implication d’autres isoformes dans la réponse inflammatoire. Étant donné la similarité structurelle des différentes isoformes de sPLA2, la majorité des inhibiteurs présentement disponibles sont non spécifiques et bloquent simultanément plus d’une sPLA2. De ce fait, encore peu de choses sont connues quant au rôle précis de chacune des sPLA2 dans la réponse inflammatoire. Ayant accès à des souris génétiquement modifiées n’exprimant pas la sPLA2-V (sPLA2-V-/-), nous avons donc investigué le rôle spécifique de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire induit par le LPS, ainsi que sa capacité à moduler l’expression de certaines molécules d’adhérence. Pour ce faire, nous avons utilisé le modèle inflammatoire de la poche d’air sous-cutanée. L’administration de LPS dans la poche d’air de souris contrôles (WT) entraîne un recrutement leucocytaire important. Cet appel de cellules inflammatoires est cependant significativement diminué chez les souris sPLA2-V-/-. De plus, l’expression des molécules d’adhérence VCAM-1 et ICAM-1 est également diminuée chez les souris sPLA2-V-/- comparativement aux souris WT. Nos résultats démontrent donc le rôle important de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire et l’expression de molécules d’adhérence induits par le LPS, confirmant ainsi l’implication de cette enzyme dans le processus inflammatoire.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale.

Effet de l'atorvastatine et de l'amlodipine sur le remodelage vasculaire dans l'hypertension

Résumé Introduction L’amlodipine et l’atorvastatine offrent des avantages thérapeutiques au-delà de leur indication primaire, soit la réduction de la pression artérielle et des lipides sanguins, respectivement. L’amlodipine induit l’apoptose des cellules de muscle lisse vasculaire (CMLV) in vivo, contribuant à la régression de l'hypertrophie aortique chez le rat spontanément hypertendu (SHR). L'atorvastatine induit l’apoptose des CMLV in vitro, un effet proportionnel à la dose. Toutefois, cet effet reste à être démontré in vivo. Nous postulons que l’atorvastatine induira la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR, et que la combinaison de l’amlodipine et de l’atorvastatine aura un effet synergique sur la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR. Méthodologie L’amlodipine et l’atorvastatine ont été administrées à des SHR âgés de 11 semaines durant trois ou six semaines, individuellement ou en combinaison. Les points principaux à l'étude étaient le remodelage vasculaire et la pression artérielle. La fragmentation et le contenu en ADN, le stress oxydant, le taux de cholestérol et les niveaux de nitrates ont aussi été mesurés. Résultats Lorsque l’atorvastatine a été administrée seule, une diminution significative du stress oxydant et de la pression artérielle a été observée après trois et six semaines de traitement, respectivement. Par contre, aucune différence n’a pu être décelée quant au remodelage vasculaire. L'amlodipine a réduit la pression artérielle et l'hypertrophie aortique de façon dépendante de la dose. Une diminution significative de l'hyperplasie a été détectée après trois semaines de traitement avec la combinaison, et après six semaines avec une faible dose d'amlodipine. Conclusion Nos résultats ne supportent pas l'hypothèse que l'atorvastatine induit l'apoptose des CMLV in vivo. Par contre, lorsque combinée à l'amlodipine, elle pourrait ajouter un bénéfice supplémentaire au niveau de la réduction de l'hyperplasie aortique.

Étude du rôle de la tyrosine kinase Src dans la régulation de la signalisation des récepteurs opioïdes delta (∆OR)

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces mais leur utilisation est limitée par la tolérance, un processus lié en partie à la désensibilisation des récepteurs. Le rôle de la présente étude était de mieux caractériser le processus de désensibilisation des récepteurs et plus particulièrement, d’étudier le rôle de la tyrosine kinase Src sur la régulation de la signalisation des récepteurs delta opioïdes. Nos résultats démontrent que l’inhibition pharmacologique avec PP2 (à faible concentration : 20- 40µM) ou encore l’inhibition moléculaire de la kinase avec de faibles concentrations d’ADN d’un mutant dominant inactif de Src (0,2µg/ml) potentialise l’amplitude et la durée de l’activation de la cascade ERK lorsqu’un agoniste, DPDPE (1µM; 5 min), se lie aux récepteurs. Nous avons également démontré que de fortes concentrations d’inhibiteurs de Src (80 et 100µM de PP2 ou 1µg/ml d’ADN du mutant dominant négatif) bloquent la cascade des MAPK suivant la stimulation de DOR par l’agoniste DPDPE. Ces observations indiquent que Src a un effet biphasique sur l’activité de ERK : l’inhibition complète de Src inhibe l’activité de la cascade MAPK alors qu’une inhibition modérée potentialise cette même cascade. Nous pensons aussi que de fortes concentrations des bloqueurs de Src interfèrent avec l’activation de ERK alors que de faibles concentrations interfèrent avec la désensibilisation des récepteurs. Cette possibilité a été testée à l’aide d’essais d’accumulation d’AMPc qui visaient à évaluer l’effet des bloqueurs de Src (PP2, 20 µM; 1h) sur la désensibilisation induite par un agoniste. L'activation de DOR par DPDPE inhibe la production d’AMPc, préalablement stimulée par du forskolin, de façon dose-dépendante. Le maximum d'inhibition observé est de 61%, mais lors d’un prétraitement au DPDPE (1 µM, 30 min) l’inhibition maximale est réduite à 72% de l’inhibition initiale observée. Cependant, un prétraitement des cellules au PP2 (20µM pendant 1 heure) avant d’effectuer la désensibilisation protège contre cette désensibilisation. L’effet protecteur des bloqueurs de Src n’entraîne pas de changement au niveau de l’internalisation des DOR mais l’altération de leur internalisation via un mutant tronqué du DOR ou via un milieu sucré hypertonique (0.4M de saccharose) réduit cette protection. Ces données suggèrent alors que l’internalisation optimale du récepteur est nécessaire pour que l’effet protecteur prenne place. Nous concluons donc que Src contribue à la désensibilisation de DOR après que l’internalisation du DOR soit survenue.