The influence of carbon ion irradiation on sweet sorghum seeds

The aim of this study is to investigate the effects of different doses of 100 MeV/u carbon ions on sweet sorghum seeds in order to improve crop yields and their sugar content. After irradiation, seeds were germinated and grown to 30 days, and others were sown in the field. At the end of harvesting season all planted seeds were picked separately and M2 generations obtained. The differences among the treatments were examined using the RAPID procedure. In the study done by using 38 primers; according to the amplification results, the differences among the various doses treatment were shown.

容器苗质量评定指标的研究

In this paper,the assessing indices of container seedlings quality were synthesized in accordance with growth and physiological factors. The results showed that the seedling quality might be determined by the dormancy state of terminal bud,nutrient condition of plant,and the state of root system. The critical quality indices should include stem diameter at soil surface,dry weight of terminal bud,and soluble sugar content. Moreover,some indices such as root system vitality and dry weight of plant were also important.

Studies on negative electrospray ionization mass spectrometry on saponins

Two kinds of saponins have been investigated by negative electrospray ionization (NESI) mass spectrometry. Under ESI conditions, the [M - H](-) ions of saponins were observed which provide the molecular weights of saponins. The fragment pathways of [M - H](-) ions of these two saponins depend on their structures. For steroidic saponins, [M - H](-) ion only produces the fragment ions by the losses of sugar units. For oleanolic saponins, [M - H](-) ion yields the cross-ring ions as well as the fragment ions by the losses of sugar units. Moreover, the abundance of the former is higher than that of the latter. The characteristic fragments are used to provide the sequence and some linkage information of sugar moieties of saponins. Especially, their fragment difference strongly depends on the linkage between the aglycone and the sugar moieties.

Identification of ginsenosides in roots of Panax ginseng by HPLC-APCI/MS

A new HPLC-APCI/MS method for the identification of ginsenosides has been developed. The analyses were performed on a reversed-phase C-18 column using a binary eluent (acetonitrile and water) under gradient conditions. Although APCI is a high-temperature evaporative process, HPLC-APCI/MS could effectively identify thermo-labile ginsenosides. The [M-H](-) ions and the thermal degradation ions of ginsenosides could be clearly observed under negative and positive ion conditions, respectively, and these were used to identify the molecular masses, the aglycone structures and the sugar groups of ginsenosides. APCI/MS can provide more explicit information than ESI/MS for identifying and distinguishing ginsenosides. Using the HPLC-APCI/MS method, 35 ginsenosides were identified in Panax ginseng. Copyright (C) 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

Development of an in-situ, non-destructive ultrasonic monitoring technique for solder pastes

This paper concerns the use of a non-destructive ultrasonic technique for characterising the rheological properties of solder paste and specifically, the use of through-mode microsecond ultrasonic pulses for evaluation of viscoelastic properties of paste materials at the molecular level. Ultrasonic techniques are a widely used and a reliable form of non-destructive testing of materials. This is because techniques such as ultrasounds while used for testing or monitoring material properties, has offered immense benefits in applications where access to the sample is restricted or when handling the sample for testing could interfere with the monitoring or analysis process. Very often, this would mean that the measurements taken are not a true representation of the behaviour of the material (due to externally incorporated changes into the material's physical state during the removal or testing process). Ultrasonic based techniques are being increasingly used for quality control and production monitoring functions which requires evaluation of the changes in material properties over wide range of industrial applications such as cement paste quality, plastic/polymer extrusion process, dough, and even sugar content in beverage drinks. In addition, ultrasound techniques are of great interest for their capacity to take rapid measurements in systems which are optically opaque. The viscometer and rheometer are two of the most widely used rheological instruments used in industry for monitoring the quality of solder pastes, during the production and packaging stage. One of the potential limitations of viscometer and rheometer based measurements is that the collection and preparation of the solder paste samples can irreversibly alter the structure and flow behaviour of the sample. Hence the measurement may not represent the actual quality of the whole production batch. Secondly, rheological measurements and the interpretation of rheological data is a very technical and time consuming process, which requires professionally trained R&D personnel. It is for these reasons that materials suppliers (who formulate and produce solder pastes) and solder paste consumers (especially, contract electronics manufacturers) are keen to see the development of simple, easy to use and accurate techniques for the theological characterisation of solder pastes. The results from the work show that the technique can be used by R&D personnel involved in paste formulation and manufacture to monitor the batch-to-batch quality and consistency.

In-situ non-destructive ultrasonic rheology technique for monitoring different lead-free solder pastes for surface mount applications

This paper investigates the application of a non-destructive ultrasonic technique for characterising the rheological properties of solder paste through the use of through-mode microsecond ultrasonic pulses for evaluation of viscoelastic properties of lead-free solder paste containing different types of flux. Ultrasonic techniques offer a robust and reliable form of non-destructive testing of materials where access to the sample is restricted or when sample handling can interfere with the monitoring or analysis process due to externally incorporated changes to the material’s physical state or accidental contamination during the removal or testing process. Ultrasonic based techniques are increasingly used for quality control and production monitoring functions which requires evaluation of changes in material properties for a wide range of industrial applications such as cement paste quality, plastic/polymer extrusion process, dough and even sugar content in beverage drinks. In addition, ultrasound techniques are of great interest for their capability to take rapid measurements in systems which are optically opaque. The conventional industry approach for characterising the rheological properties of suspensions during processing/packaging stage is mainly through the use of viscometer and some through the use of rheometer. One of the potential limitations of viscometer and rheometer based measurements is that the collection and preparation of the solder paste samples can irreversibly alter the structure and flow behaviour of the sample. Hence the measurement may not represent the actual quality of the whole production batch. Secondly, rheological measurements and the interpretation of rheological data is a very technical and time consuming process, which requires professionally trained R&D personnel. The ultrasound technique being proposed provides simple, yet accurate and easy to use solution for the in-situ rheological characterisation of solder pastes which will benefit the materials suppliers (who formulate and produce solder pastes) and solder paste consumers (especially, contract electronics manufacturers). The results from the work show that the technique can be used by R&D personnel involved in paste formulation and manufacture to monitor the batch-to-batch quality and consistency.

Comparison of the volatile components of eight cultivars of potato after microwave baking

Eight cultivars of potato were baked in a microwave oven. The flavour components of the flesh were isolated by headspace trapping onto Tenax and analysed by gas chromatography-mass spectrometry. Lipid degradation and the Maillard reaction and/or sugar degradation were the main sources of the 80 flavour components identified. It is suggested that total levels of compounds and variations among their profiles may be attributed to differences in activities of lipid enzymes and levels of flavour precursors in the range of cultivars investigated. (C) 2002 Elsevier Science Ltd.

Dilute acid hydrolysis of Lignocellulosic biomass

The overall aim of this work was to establish the optimum conditions for acid hydrolysis of hemicellulosic biomass in the form of potato peel. The hydrolysis reaction was undertaken in a 1l high pressure pilot batch reactor using dilute phosphoric acid. Analysis of the decomposition rate of hemicellulosic biomass (namely Cellulose, Hemicellulose and lignin) was undertaken using HPLC of the reaction products namely, 5 and 6 carbon sugars. Process parameters investigated included, reactor temperature (from 135 degrees C to 200 degrees C) and acid concentration (from 2.5% (w/w) to 10% (w/w)). Analysis of the reactor products indicated that high conversion of cellulose to glucose was apparent although arabinose conversion was quite low due to thermally un-stability. However, an overall sugar yield is 82.5% was achieved under optimum conditions. This optimum yield was obtained at 135 degrees C and 10% (w/w) acid concentration. 55.2 g sugar/100 g dry potato peel is produced after a time of 8 min. The work indicates that the use of potato peel may be a feasible option as a feed material for the production of sugars for biofuel synthesis, due its low cost and high sugar yields. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Is there a common water-activity limit for the three domains of life?

Archaea and Bacteria constitute a majority of life systems on Earth but have long been considered inferior to Eukarya in terms of solute tolerance. Whereas the most halophilic prokaryotes are known for an ability to multiply at saturated NaCl (water activity (a_w) 0.755) some xerophilic fungi can germinate, usually at high-sugar concentrations, at values as low as 0.650–0.605 a_w. Here, we present evidence that halophilic prokayotes can grow down to water activities of <0.755 for Halanaerobium lacusrosei (0.748), Halobacterium strain 004.1 (0.728), Halobacterium sp. NRC-1 and Halococcus morrhuae (0.717), Haloquadratum walsbyi (0.709), Halococcus salifodinae (0.693), Halobacterium noricense (0.687), Natrinema pallidum (0.681) and haloarchaeal strains GN-2 and GN-5 (0.635 a_w). Furthermore, extrapolation of growth curves (prone to giving conservative estimates) indicated theoretical minima down to 0.611 a_w for extreme, obligately halophilic Archaea and Bacteria. These were compared with minima for the most solute-tolerant Bacteria in high-sugar (or other non-saline) media (Mycobacterium spp., Tetragenococcus halophilus, Saccharibacter floricola, Staphylococcus aureus and so on) and eukaryotic microbes in saline (Wallemia spp., Basipetospora halophila, Dunaliella spp. and so on) and high-sugar substrates (for example, Xeromyces bisporus, Zygosaccharomyces rouxii, Aspergillus and Eurotium spp.). We also manipulated the balance of chaotropic and kosmotropic stressors for the extreme, xerophilic fungi Aspergillus penicilloides and X. bisporus and, via this approach, their established water-activity limits for mycelial growth (~0.65) were reduced to 0.640. Furthermore, extrapolations indicated theoretical limits of 0.632 and 0.636 a_w for A. penicilloides and X. bisporus, respectively. Collectively, these findings suggest that there is a common water-activity limit that is determined by physicochemical constraints for the three domains of life.

Novos derivados porfirínicos: síntese e potenciais aplicações em PDT

O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas; uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese. O presente documento é composto por quatro partes distintas. Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações de macrociclos porfirínicos. Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato. Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20- tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl, respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação. Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável. Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas tanto nas células HeLa como nas HaCaT. Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida. Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da sua posição C-7. Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β- substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita. Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos 4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico segue, predominantemente, a via mais eficiente.

Characterization of bioactive compounds of dealcoholized wine: valuation of distillation process

O vinho tinto é uma importante fonte de compostos fenólicos com atividade antioxidante e que estão relacionados com a prevenção de doenças cardiovasculares e cancro. Estes compostos são um sub-produto do processo de destilação vínica utilizado para produzir aguardente necessária para a produção de Vinho do Porto. Esta tese tem como objetivo valorizar os compostos fenólicos resultantes das destilarias de vinho, através do estudo da sua composição, das interações com o material polimérico do vinho, da sua estabilidade durante o armazenamento e avaliação dos seus potenciais efeitos biológicos in vitro. Isto irá permitir definir aplicações para estes compostos como ingredientes alimentares com propriedades funcionais. Dois vinhos tintos (RW1 e RW2) foram utilizados como fonte de compostos fenólicos. A fim de estudar estes compostos, cada vinho foi evaporado à pressão atmosférica, permitindo obter o respetivo vinho desalcolizado (DW1 e DW2). Os polissacarídeos e compostos fenólicos presentes nos vinhos desalcolizados foram fracionados por extração em fase sólida utilizando cartuchos C18 sep-pak. A fração hidrofóbica, rica em compostos fenólicos, foi separada em frações ricas em ácidos fenólicos, em procianidinas e em antocianinas, as quais foram usadas para avaliar a sua contribuição para a atividade antioxidante total e caracterização fenólica detalhada dos DW. Foram obtidas quantidades comparáveis de compostos fenólicos totais (1.3 g/L para RW1 e DW1, e 3.1 para RW2 e DW2), de taninos (1.2 g/L para RW1 e DW1 e 1.6 para RW2 e DW2) e de antocianinas (0.24 g/L para RW1 e DW1 e 0.41 para RW2 e DW2) para os vinhos e para os respetivos vinhos desalcolizados. A determinação da atividade antioxidante de RW e DW pelos métodos do DPPH e ABTS também originou valores semelhantes, permitindo inferir que o processo de destilação realizado não promoveu uma perda relevante de compostos fenólicos. A atividade antioxidante total de vinho deveu-se essencialmente à fração rica em antocianinas. Os dois DW foram dialisados para se obter o material polimérico dos vinhos (WPM1 e WPM2). O WPM1 e WPM2 apresentavam 1.1 e 1.3 g/L de material sólido, respetivamente. O WPM (WPM1 e WPM2) era composto por polissacarídeos (31 e 36%), proteínas (10 e 12%) e também por compostos fenólicos (32 e 43%). A análise de açúcares mostrou que as manoproteínas e as arabinogalactanas eram os principais polissacarídeos presentes. A extração do WPM com metanol deu origem a um material insolúvel em metanol (PMi) e a uma fração solúvel em metanol, que continuava a conter hidratos de carbono e compostos fenólicos, mostrando uma forte interação entre estes compostos. Para determinar a energia de ativação (Ea) da libertação dos compostos fenólicos de fracções de material polimérico do vinho, foram realizadas diálises do DW, WPM e PMi, utilizando-se quatro concentrações diferentes, a cinco temperaturas (5-40 °C). O valor da Ea foi 25 para o WPM e 61 kJ/mol para o PMi, mostrando que os compostos fenólicos do vinho podem estar associados de forma diferente à matriz polimérica e que uma fração pode estar, ainda, fortemente associada a esta matriz. A fim de avaliar a possível existência de interações seletivas com os compostos fenólicos, o WPM foi fracionado, permitindo a obtenção de uma fração rica em manoproteínas (MP), através de uma cromatografia de afinidade com concanavalina A e 3 frações ricas em arabinogalactanas (AG0, AG1 e AG2) obtidas por cromatografia de troca aniónica. Foi avaliada a difusão de nove antocianinas monoméricas através de uma membrana de diálise, em presença do WPM, e das frações ricas em MP e em AG. A diálise dos compostos fenólicos livres do vinho foi realizada como ensaio em branco. Todas as frações poliméricas mostraram capacidade para reter as antocianinas, embora em diferente extensão. Foi observada uma capacidade de retenção maior para as antocianinas acilglucosiladas do que para as antocianinas glucosiladas. A fração rica em AG teve uma maior contribuição para a capacidade de retenção das antocianinas pelo material polimérico vinho do que a fração rica em MP, principalmente quando as antocianinas estavam acetiladas. Com o objetivo de estudar formas para preservar, a longo prazo, as propriedades antioxidantes dos compostos fenólicos, o extrato de compostos fenólicos (PCE), em pó, foi armazenado em diferentes condições de luz e atmosfera, à temperatura ambiente durante 1 ano. Observou-se que o PCE armazenado no escuro, dentro de um exsicador sob atmosfera de azoto, preservou 95% da atividade antioxidante inicial. Também foram avaliadas as melhores condições para preservar as antocianinas quando em solução, armazenadas a duas temperaturas (5 e 30 ºC) durante 3 meses. A adição de 0.5 g/L de uma fração rica em polissacarídeos a um vinho armazenado a 30 ºC promoveu a proteção das antocianinas, especialmente das antocianinas cumaroiladas. Os potenciais efeitos biológicos dos compostos fenólicos foram avaliados em diferentes sistemas celulares in vitro utilizando as seguintes frações: WPM, WPS (polissacarídeos do vinho), WPC (compostos fenólicos do vinho), PA-E (fração rica em ácidos fenólicos), PR-E (fração rica em procianidinas) e APP-E (fração rica em antocianinas e procianidinas poliméricas). Foi observada uma maior viabilidade celular quando as células do carcinoma do cólon HT-29 foram expostas a dois agentes oxidantes (radiação UV e H2O2) em presença das frações PR-E e APP-E. Além disso, os extratos WPS, WPC, PR-E e APP-E mostraram propriedades anti-inflamatórias, avaliadas pela inibição da produção de NO por células de macrófagos RAW264.7, sendo o extrato APP-E (0.19 mg/mL) o que exibiu a maior capacidade anti-inflamatória. A fim de elucidar as propriedades antioxidantes dos extratos do vinho em células humanas, os glóbulos vermelhos (RBC) foram selecionados como um modelo metabolicamente simples. Os extratos WPM, WPS, WPC, PR-E, e APP-E mostraram efeito anti-hemolítico para a hemólise dos RBC provocada pelo peróxido de hidrogénio (H2O2) e pelo di-hidrocloreto de 2,2'-azo-bis(2-diaminopropano) (AAPH). Os resultados obtidos permitem concluir que o processo de desalcoolização dos vinhos à pressão atmosférica, preservou as principais características antioxidantes dos compostos fenólicos. Estes compostos podem contribuir para a defesa das células contra agentes oxidantes, nomeadamente por terem um potencial de atividades anti-inflamatória e anti-hemolítica, promovendo a viabilidade celular. A interação dos compostos fenólicos do vinho com o material polimérico permite inferir uma dosagem contínua e gradual das antocianinas vinho tinto após a sua ingestão, contribuindo para um período mais longo da sua exposição e, como consequência, dos seus potenciais benefícios para a saúde.

Isolation and characterization of the female sex pheromone of the sugar beet cyst nematode, heterodera schachtii, and an analysis of male precopulatory behaviour /

The sugar beet cyst nematode, Heterodera schachtii, is a major agricultural pest. The disruption of the mating behaviour of this plant parasite in the field may provide a means of biological control, and a subsequent increase in crop yield. The H. schachtii female sex pheromone, which attracts homospecific males, was collected in an aqueous medium and isolated using high performance liquid chromatography. Characterization of the male-attractive material revealed that it was heat stable and water soluble. The aqueous medium conditioned by female H. schachtii was found to be biologically active and stimulated male behaviour in a concentration dependent manner. The activity of the crude pheromone was specific to males of H. schachtii and did not attract second stage juveniles. Results indicated that vanillic acid, a putative nematode pheromone, is not an active component of the H. schachtii sex pheromone. Male H. schachtii exhibited stylet thrusting, a poorly understood behaviour of the male, upon exposure to the female sex pheromone. This behaviour appeared to be associated with mate-finding and was used as a novel indicator of biological activity in bioassays. Serotonin, thought to be involved in the neural control of copulatory behaviour in nematodes, stimulated stylet thrusting. However, the relationship between stylet thrusting induced by the sex pheromone and stylet thrusting induced by serotonin is not clear. Extracellular electrical activity was recorded fi-om the anterior region of H. schachtii males during stylet thrusting, and appeared to be associated with this behaviour. The isolation of the female sex pheromone of H. schachtii may, ultimately, lead to the structural identification and synthesis of the active substance for use in a novel biological control strategy.

Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.

Environmental and human health impacts of growing genetically modified herbicide-tolerant sugar beet: a life-cycle assessment

There is ongoing debate concerning the possible environmental and human health impacts of growing genetically modified (GM) crops. Here, we report the results of a life-cycle assessment (LCA) comparing the environmental and human health impacts of conventional sugar beet growing regimes in the UK and Germany with those that might be expected if GM herbicide-tolerant (to glyphosate) sugar beet is commercialized. The results presented for a number of environmental and human health impact categories suggest that growing the GM herbicide-tolerant crop would be less harmful to the environment and human health than growing the conventional crop, largely due to lower emissions from herbicide manufacture, transport and field operations. Emissions contributing to negative environmental impacts, such as global warming, ozone depletion, ecotoxicity of water and acidification and nutrification of soil and water, were much lower for the herbicide-tolerant crop than for the conventional crop. Emissions contributing to summer smog, toxic particulate matter and carcinogenicity, which have negative human health impacts, were also substantially lower for the herbicide-tolerant crop. The environmental and human health impacts of growing GM crops need to be assessed on a case-by-case basis using a holistic approach. LCA is a valuable technique for helping to undertake such assessments.