Structural and functional properties of two human FXYD3 (Mat-8) isoforms.

Six of 7 FXYD proteins have been shown to be tissue-specific modulators of Na,K-ATPase. In this study, we have identified two splice variants of human FXYD3, or Mat-8, in CaCo-2 cells. Short human FXYD3 has 72% sequence identity with mouse FXYD3, whereas long human FXYD3 is identical to short human FXYD3 but has a 26-amino acid insertion after the transmembrane domain. Short and long human FXYD3 RNAs and proteins are differentially expressed during differentiation of CaCo-2 cells. Long human FXYD3 is mainly expressed in nondifferentiated cells and short human FXYD3 in differentiated cells and both FXYD3 variants can be co-immunoprecipitated with a Na,K-ATPase antibody. In contrast to mouse FXYD3, which has two transmembrane domains for lack of cleavage of the signal peptide, human FXYD3 has a cleavable signal peptide and adopts a type I topology. After co-expression in Xenopus oocytes, both human FXYD3 variants associate stably only with Na,K-ATPase isozymes but not with H,K-ATPase or Ca-ATPase. Similar to mouse FXYD3, short human FXYD3 decreases the apparent K(+) and Na(+) affinity of Na,K-ATPase over a large range of membrane potentials. On the other hand, long human FXYD3 decreases the apparent K(+) affinity only at slightly negative and positive membrane potentials and increases the apparent Na(+) affinity of Na,K-ATPase. Finally, both short and long human FXYD3 induce a hyperpolarization activated current, similar to that induced by mouse FXYD3. Thus, we have characterized two human FXYD3 isoforms that are differentially expressed in differentiated and non-differentiated cells and show different functional properties.

Electrical parameters and water permeability properties of monolayers formed by T84 cells cultured on permeable supports

T84 is an established cell line expressing an enterocyte phenotype whose permeability properties have been widely explored. Osmotic permeability (P OSM), hydraulic permeability (P HYDR) and transport-associated net water fluxes (J W-transp), as well as short-circuit current (I SC), transepithelial resistance (R T), and potential difference (deltaV T) were measured in T84 monolayers with the following results: P OSM 1.3 ± 0.1 cm.s-1 x 10-3; P HYDR 0.27 ± 0.02 cm.s-1; R T 2426 ± 109 omega.cm², and deltaV T 1.31 ± 0.38 mV. The effect of 50 µM 5,6-dichloro-1-ethyl-1,3-dihydro-2H-benzimidazol-2-one (DCEBIO), a "net Cl- secretory agent", on T84 cells was also studied. We confirm the reported important increase in I SC induced by DCEBIO which was associated here with a modest secretory deltaJ W-transp. The present results were compared with those reported using the same experimental approach applied to established cell lines originating from intestinal and renal epithelial cells (Caco-2, LLC-PK1 and RCCD-1). No clear association between P HYDR and R T could be demonstrated and high P HYDR values were observed in an electrically tight epithelium, supporting the view that a "water leaky" barrier is not necessarily an "electrically leaky" one. Furthermore, the modest secretory deltaJ W-transp was not consistent with previous results obtained with RCCD-1 cells stimulated with vasopressin (absorptive fluxes) or with T84 cells secreting water under the action of Escherichia coli heat stable enterotoxin. We conclude that, while the presence of aquaporins is necessary to dissipate an external osmotic gradient, coupling between water and ion transport cannot be explained by a simple and common underlying mechanism.

Measurement of annexin V uptake and lactadherin labeling for the quantification of apoptosis in adherent Tca8113 and ACC-2 cells

Phosphatidylserine (PS) exposure occurs during the cell death program and fluorescein-labeled lactadherin permits the detection of PS exposure earlier than annexin V in suspended cell lines. Adherent cell lines were studied for this apoptosis-associated phenomenon to determine if PS probing methods are reliable because specific membrane damage may occur during harvesting. Apoptosis was induced in the human tongue squamous carcinoma cell line (Tca8113) and the adenoid cystic carcinoma cell line (ACC-2) by arsenic trioxide. Cells were harvested with a modified procedure and labeled with lactadherin and/or annexin V. PS exposure was localized by confocal microscopy and apoptosis was quantified by flow cytometry. The detachment procedure without trypsinization did not induce cell damage. In competition binding experiments, phospholipid vesicles competed for more than 95 and 90% of lactadherin but only about 75 and 70% of annexin V binding to Tca8113 and ACC-2 cells. These data indicate that PS exposure occurs in three stages during the cell death program and that fluorescein-labeled lactadherin permitted the detection of early PS exposure. A similar pattern of PS exposure has been observed in two malignant cell lines with different adherence, suggesting that this pattern of PS exposure is common in adherent cells. Both lactadherin and annexin V could be used in adherent Tca8113 and ACC-2 cell lines when an appropriate harvesting procedure was used. Lactadherin is more sensitive than annexin V for the detection of PS exposure as the physical structure of PS in these blebs and condensed apoptotic cell surface may be more conducive to binding lactadherin than annexin V.

Roles of keratins in intestinal health and disease

Intermediate filament keratins (K) play a pivotal role in protein targeting and epithelialcytoprotection from stress as evidenced by keratin mutations predisposing to human liver and skin diseases and possibly inflammatory bowel disease (IBD). The K8-null (K8-/-) mice exhibit colonic phenotype similar to IBD and marked spontaneous colitis, epithelial hyperproliferation, decreased apoptosis, mistargeting of proteins leading to defective ion transport and diarrhea. The K8-heterozygote (K8+/-) mouse colon appears normal but displays a defective sodium (Na+) and chloride (Cl-) transport similar to, but milder than K8-/-. Characterization of K8+/- colon revealed ~50% less keratins (K7, K8, K19, K20) compared to K8 wild type (K8+/+). A similar ~50% decrease was seen in K8+/- mRNA levels as compared to K8+/+, while the mRNA levels for the other keratins were unaltered. K8+/- keratins were arranged in a normal colonic crypt expression pattern, except K7 which was expressed at the top of crypts in contrast to K8+/+. The K8+/- colon showed mild hyperplasia but no signs of inflammation and no resistance to apoptosis. Experimental colitis induced by using different concentrations of dextran sulphate sodium (DSS) showed that K8+/- mice are slightly more sensitive to induced colitis and showed a delayed recovery compared to K8+/+. Hence, the K8+/- mouse with less keratins and without inflammation, provided a novel model to study direct molecular mechanisms of keratins in intestinal homeostasis and ion transport. Different candidate ion transporters for a possible role in altered ion transport seen in the K8-/- and K8+/- mouse colon were evaluated. Besides normal levels of CFTR, PAT-1 and NHE-3, DRA mRNA levels were decreased 3-4-fold and DRA protein nearly entirely lost in K8-/- caecum, distal and proximal colon compared to K8+/+. In K8+/- mice, DRA mRNA levels were unaltered while decreased DRA protein level and patchy distribution was detected particularly in the proximal colon and as compared to K8+/+. DRA was similarly decreased when K8 was knocked-down in Caco-2 cells, confirming that K8 levels modulate DRA levels in an inflammation-independent manner. The dramatic loss of DRA in colon and caecum of K8-/- mice was responsible for the chloride transport defect. The milder ion transport in K8+/- colon might be related to DRA suggesting a role for K8 in regulation of DRA expression and targeting. The current study demonstrates the importance of keratins in stress protection and cell signaling. Furthermore, we have also successfully developed a novel, simple, fast, cost effective, non-invasive in vivo imaging method for the early diagnosis of murine colitis with specificity for both genetic and experimental colitis. The said modality provides continuous measurements of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) and minimizes the use of an increased number of experimental animals by using a luminal derivative chemiluminescent probe, L-012 which provides a cost-effective tool to study the level and longitudinal progression of colitis.

Inhibition de l’absorption intestinale du glucose par les produits naturels issus de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James

Le diabète de type 2 et l'obésité sont des problèmes de santé majeurs et les peuples autochtones sont particulièrement à risque. Pour remédier à ce problème largement répandu dans les populations autochtones canadiennes pour qui la médication moderne n’est pas culturellement adaptée, notre équipe s’est donné comme objectif d’étudier les activités potentielles antidiabétique et anti-obésité de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James. Le but de cette étude est de tester l’hypothèse selon laquelle certaines plantes médicinales pourraient inhiber l'absorption intestinale du glucose, une activité anti-hyperglycémique qui, par la même occasion, contribuerait à combattre l’obésité. Les extraits éthanoliques de dix-sept plantes médicinales de la forêt boréale ont été testés dans des cellules intestinales Caco-2 et comparés à l’effet d’inhibiteurs compétitifs connus, tels que la phlorizine et la phlorétine. Ces inhibiteurs sont des composés polyphénoliques qui partagent de nombreuses caractéristiques structurelles avec des constituants moléculaires de plusieurs plantes Cri. Les résultats démontrent que treize des dix-sept extraits de plantes ont inhibé de façon significative l'absorption intestinale du 3H-D-glucose. Pour valider ces effets in vivo, quatre extraits ont été administrés à des rats Wistar par gavage intragastrique (250 mg/kg) en même temps qu’un bolus de glucose (3 g/kg). Suite à ce gavage, deux de ces extraits ont restreint l’augmentation de la glycémie d'environ 40% par rapport à un contrôle sans extrait. Ces résultats indiquent qu’une inhibition compétitive de l'absorption intestinale du glucose peut être atteinte par des extraits bruts de plantes médicinales. La prise de ces plantes durant les repas aiderait à un meilleur contrôle post-prandial de la glycémie, particulièrement chez les personnes à risque.

Rôles et régulation des enzymes antioxydantes paraoxonases au niveau intestinal et implication dans les maladies inflammatoires de l'intestin

Le stress oxydant joue un rôle majeur dans le développement et l’évolution des maladies inflammatoires de l’intestin. Le corps humain est doté d’une panoplie d’enzymes antioxydantes ayant pour fonction de protéger l’intégrité cellulaire. De nouvelles enzymes au fort potentiel antioxydant, les paraoxonases (PON) 1, 2 et 3, ont récemment été identifiées tout au long du tube digestif, mais leurs rôles y restent inconnus. Les cellules intestinales Caco-2/15, qui ont la capacité de se différencier et d’acquérir les caractéristiques physiologiques de l'intestin grêle, ont été utilisées dans le présent travail pour étudier la régulation des PON. Les cellules ont été traitées avec différents effecteurs physiologiques (cytokines, LPS, stress oxydant) et pharmacologiques (fibrates, thiazolidinédiones) et l’expression des leurs gènes et protéines a été évaluée. Les résultats ont mis en lumière la modulation distincte de l’expression des PON par le stress oxydant et l’inflammation. Ceci suggère que chaque PON peut jouer un rôle différent au niveau intestinal et être impliquée dans le maintien de l’homéostasie. La régulation de l’expression des PON a également été largement explorée dans un article de revue. Pour définir le rôle de PON2, celle-ci étant potentiellement la plus importante pour l’homéostasie intestinale, les cellules Caco-2/15 ont été infectées à l’aide de lentivirus contenant des ARN d’interférence, ce qui a fortement réduit l’expression de PON2. En l’absence de PON2, les cellules Caco-2/15 étaient plus susceptibles face à un stress oxydant, la réponse inflammatoire était exacerbée et la perméabilité cellulaire paraissait altérée. Toutes ces composantes sont majeures dans le développement des maladies inflammatoires de l’intestin chez l’humain. De plus, des cellules Caco-2/15 de la PON2, ce qui a renforcé la force de la défense antioxydante cellulaire. Les résultats suggèrent que les PON jouent un rôle dans le maintien de l’homéostasie intestinale et pourraient être impliquées dans l’étiologie et la pathogenèse des maladies inflammatoires de l’intestin.

Optimisation et évaluation d’un nouveau test PAMPA amélioré pour la prédiction de l’absorption intestinale de médicaments.

Ce mémoire rapporte l’optimisation et l’évaluation d’une nouvelle version du test PAMPA (Parallel Artificial Membrane Permeability Assay) appelée Néo-PAMPA. Ce test qui permet la prédiction de l’absorption intestinale de médicaments consiste en l’utilisation d’une membrane modèle de la paroi intestinale composée d’une bicouche lipidique déposée sur un coussin de polydopamine recouvrant un filtre poreux. En effet, nous nous sommes intéressés lors de ce projet à la mise en place d’une membrane artificielle qui serait plus représentative de la paroi intestinale humaine. Nous avons pu déterminer, suite à une étude comparative des propriétés de huit médicaments ainsi que les coefficients de perméabilité obtenus, que les filtres en polycarbonate présentaient le meilleur choix de support solide pour la membrane. Nous avons également vérifié la déposition du coussin de polydopamine qui apporte le caractère fluide à la bicouche lipidique. Les résultats des tests de perméabilité ont démontré que le coussin de polymère n’obstrue pas les pores du filtre après un dépôt de 4h. Nous avons par la suite étudié la déposition de la bicouche lipidique sur le filtre recouvert de polydopamine. Pour ce faire, deux méthodes de préparation de liposomes ainsi que plusieurs tailles de liposomes ont été testées. Aussi, la composition en phospholipides a été sujette à plusieurs changements. Tous ces travaux d’optimisation ont permis d’aboutir à des liposomes préparés selon la méthode du « film lipidique » à partir d’un mélange de dioléoylphosphatidylcholine (DOPC) et de cholestérol. Une dernière étape d’optimisation de la déposition de la bicouche reste à améliorer. Enfin, le test standard Caco-2, qui consiste à évaluer la perméabilité des médicaments à travers une monocouche de cellules cancéreuses du colon humain, a été implémenté avec succès dans le but de comparer des données de perméabilité avec un test de référence.

Intestin et défauts métaboliques dans la résistance à l'insuline

En lien avec l’augmentation constante de l’obésité, de plus en plus de personnes sont atteintes de résistance à l’insuline ou de diabète de type 2. Ce projet doctoral s’est surtout intéressé à l’une des conséquences majeures des pathologies cardiométaboliques, soit la dyslipidémie diabétique. À cet égard, les gens présentant une résistance à l’insuline ou un diabète de type 2 sont plus à risque de développer des perturbations lipidiques caractérisées essentiellement par des taux élevés de triglycérides et de LDL-cholestérol ainsi que de concentrations restreintes en HDL-cholestérol dans la circulation. Les risques de maladies cardiovasculaires sont ainsi plus élevés chez ces patients. Classiquement, trois organes sont connus pour développer l’insulino-résistance : le muscle, le tissu adipeux et le foie. Néanmoins, certaines évidences scientifiques commencent également à pointer du doigt l’intestin, un organe critique dans la régulation du métabolisme des lipides postprandiaux, et qui pourrait, conséquemment, avoir un impact important dans l’apparition de la dyslipidémie diabétique. De façon très intéressante, des peptides produits par l’intestin, notamment le GLP-1 (glucagon-like peptide-1), ont déjà démontré leur potentiel thérapeutique quant à l’amélioration du statut diabétique et leur rôle dans le métabolisme intestinal lipoprotéinique. Une autre évidence est apportée par la chirurgie bariatrique qui a un effet positif, durable et radical sur la perte pondérale, le contrôle métabolique et la réduction des comorbidités du diabète de type 2, suite à la dérivation bilio-intestinale. Les objectifs centraux du présent programme scientifique consistent donc à déterminer le rôle de l’intestin dans (i) l’homéostasie lipidique/lipoprotéinique en réponse à des concentrations élevées de glucose (à l’instar du diabète) et à des peptides gastro-intestinaux tels que le PYY (peptide YY); (ii) la coordination du métabolisme en disposant de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) comme senseur incontournable permettant l’ajustement précis des besoins et disponibilités énergétiques cellulaires; et (iii) l’ajustement de sa capacité d’absorption des graisses alimentaires en fonction du gain ou de la perte de sa sensibilité à l’insuline démontrée dans les spécimens intestinaux humains prélevés durant la chirurgie bariatrique. Dans le but de confirmer le rôle de l’intestin dans la dyslipidémie diabétique, nous avons tout d’abord utilisé le modèle cellulaire intestinal Caco-2/15. Ces cellules ont permis de démontrer qu’en présence de hautes concentrations de glucose en basolatéral, telle qu’en condition diabétique, l’intestin absorbe davantage de cholestérol provenant de la lumière intestinale par l’intermédiaire du transporteur NPC1L1 (Niemann Pick C1-like 1). L’utilisation de l’ezetimibe, un inhibiteur du NPC1L1, a permis de contrecarrer cette augmentation de l’expression de NPC1L1 tout comme l’élévation de l’absorption du cholestérol, prouvant ainsi que le NPC1L1 est bel et bien responsable de cet effet. D’autre part, des travaux antérieurs avaient identifié certains indices quant à un rôle potentiel du peptide intestinal PYY au niveau du métabolisme des lipides intestinaux. Toutefois, aucune étude n’avait encore traité cet aspect systématiquement. Pour établir définitivement l’aptitude du PYY à moduler le transport et le métabolisme lipidique dans l’intestin, nous avons utilisé les cellules Caco-2/15. Notre étude a permis de constater que le PYY incubé du côté apical est capable de réduire significativement l’absorption du cholestérol et le transporteur NPC1L1. Puisque le rôle de l'AMPK dans l'intestin demeure inexploré, il est important non seulement de définir sa structure moléculaire, sa régulation et sa fonction dans le métabolisme des lipides, mais aussi d'examiner l'impact de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 (DT2) sur son statut et son mode d’action gastro-intestinal. En employant les cellules Caco-2/15, nous avons été capables de montrer (i) la présence de toutes les sous-unités AMPK (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) avec une différence marquée dans leur abondance et une prédominance de l’AMPKα1 et la prévalence de l’hétérotrimère α1/β2/γ1; (ii) l’activation de l’AMPK par la metformine et l’AICAR, résultant ainsi en une phosphorylation accrue de l’enzyme acétylCoA carboxylase (ACC) et sans influence sur l'HMG-CoA réductase; (iii) la modulation négative de l’AMPK par le composé C et des concentrations de glucose élevées avec des répercussions sur la phosphorylation de l’ACC. D’autre part, l’administration de metformine au Psammomys obesus, un modèle animal de diabète et de syndrome métabolique, a conduit à (i) une régulation positive de l’AMPK intestinale (phosphorylation de l’AMPKα-Thr172); (ii) la réduction de l'activité ACC; (iii) l’augmentation de l’expression génique et protéique de CPT1, supportant une stimulation de la β-oxydation; (iv) une tendance à la hausse de la sensibilité à l'insuline représentée par l’induction de la phosphorylation d'Akt et l’inactivation de la phosphorylation de p38; et (v) l’abaissement de la formation des chylomicrons ce qui conduit à la diminution de la dyslipidémie diabétique. Ces données suggèrent que l'AMPK remplit des fonctions clés dans les processus métaboliques de l'intestin grêle. La preuve flagrante de l’implication de l’intestin dans les événements cardiométaboliques a été obtenue par l’examen des spécimens intestinaux obtenus de sujets obèses, suite à une chirurgie bariatrique. L’exploration intestinale nous a permis de constater chez ceux avec un indice HOMA élevé (marqueur d’insulinorésistance) (i) des défauts de signalisation de l'insuline comme en témoigne la phosphorylation réduite d'Akt et la phosphorylation élevée de p38 MAPK; (ii) la présence du stress oxydatif et de marqueurs de l'inflammation; (iii) la stimulation de la lipogenèse et de la production des lipoprotéines riches en triglycérides avec l’implication des protéines clés FABP, MTP et apo B-48. En conclusion, l'intestin grêle peut être classé comme un tissu insulino-sensible et répondant à plusieurs stimuli nutritionnels et hormonaux. Son dérèglement peut être déclenché par le stress oxydatif et l'inflammation, ce qui conduit à l'amplification de la lipogenèse et la synthèse des lipoprotéines, contribuant ainsi à la dyslipidémie athérogène chez les patients atteints du syndrome métabolique et de diabète de type 2.

Validation et conditionnement d'un test PAMPA amélioré pour l'évaluation de la perméabilité membranaire de médicaments.

Les tests PAMPA et les tests Caco-2 sont des essais in vitro de l’évaluation de la perméabilité intestinale des médicaments. Ils sont réalisés lors de la phase de découverte du médicament. Les tests PAMPA ne sont pas biologiquement représentatifs de la paroi intestinale, mais ils sont rapides et peu coûteux. Les tests Caco-2 nécessitent plus de 21 jours pour la culture cellulaire et des installations spécifiques sont requises. Ils sont constitués d’une monocouche d’entérocytes à confluence et donc plus biologiquement représentatifs. Il y a un besoin pour le développement d’un essai qui est biologiquement représentatif de la membrane intestinale humaine, rapide et peu coûteux. Le premier but de ce projet était de développer une méthode analytique qui permettrait l’évaluation simultanée de huit médicaments témoins utilisés pour la validation de l’essai de perméabilité. Le deuxième but de ce projet était donc d’améliorer la membrane des tests PAMPA pour proposer un nouveau test : le néoPAMPA. Contrairement au test PAMPA traditionnel, cette membrane est constituée de trois composantes : (1) un filtre poreux qui agit à titre de support, (2) un coussin polydopamine chargé négativement qui sert d’ancrage et qui assure la fluidité de la bicouche et (3) une bicouche lipidique formée par fusion de vésicules. Une méthode analytique HPLC-MS/MS a été validée selon les spécifications de la FDA et de la EMA. Cette méthode a permis de quantifier simultanément les huit médicaments standards utilisés pour le test néoPAMPA. Le test PAMPA traditionnel a été mis en place à titre d’essai control. Les coefficients de perméabilité mesurés pour les huit médicaments au travers de la membrane PAMPA comparaient favorablement aux résultats de la littérature. Les composantes de la membrane néoPAMPA ont été optimisées. Les conditions optimales retenues étaient les filtres de polycarbonate hydrophile ayant des pores de 15 nm, les plaques Costar 12 puits comme dispositif des tests de perméabilité, une bicouche lipidique composée de 70 % DOPC et de 30 % cholestérol cationique ainsi qu’une déposition des liposomes en présence de 150 mM NaCl suivi d’un équilibre d’1 h en présence d’une solution saturée en DOPC. Les stabilités de la cassette de médicaments et des liposomes sont insuffisantes pour le conditionnement commercial des membranes néoPAMPA. Les différentes optimisations réalisées ont permis d’améliorer la membrane néoPAMPA sans toutefois la rendre fonctionnelle. La membrane néoPAMPA n’est toujours pas en mesure de discriminer des molécules en fonction de leur perméabilité attendue.

Effect of growth time on the surface and adhesion properties of Lactobacillus rhamnosus GG

Aims: To investigate the changes in the surface properties of Lactobacillus rhamnosus GG during growth, and relate them with the ability of the Lactobacillus cells to adhere to Caco-2 cells. Methods and Results: Lactobacillus rhamnosus GG was grown in complex medium, and cell samples taken at four time points and freeze dried. Untreated and trypsin treated freeze dried samples were analysed for their composition using SDS-PAGE analysis and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), hydrophobicity and zeta potential, and for their ability to adhere to Caco-2 cells. The results suggested that in the case of early exponential phase samples (4 and 8 h), the net surface properties, i.e. hydrophobicity and charge, were determined to a large extent by anionic hydrophilic components, whereas in the case of stationary phase samples (13 and 26 h), hydrophobic proteins seemed to play the biggest role. Considerable differences were also observed between the ability of the different samples to adhere to Caco-2 cells; maximum adhesion was observed for the early stationary phase sample (13 h). The results suggested that the adhesion to Caco-2 cells was influenced by both proteins and non-proteinaceous compounds present on the surface of the Lactobacillus cells. Conclusion: The surface properties of Lact. rhamnosus GG changed during growth, which in return affected the ability of the Lactobacillus cells to adhere to Caco-2 cells. Significance and Impact of the Study: The levels of adhesion of Lactobacillus cells to Caco-2 cells were influenced by the growth time and reflected changes on the bacterial surface. This study provides critical information on the physicochemical factors that influence bacterial adhesion to intestinal cells.

Absorption and metabolism of olive oil secoiridoids in the small intestine

The secoiridoids 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid (3,4-DHPEA-EA) and 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid dialdehyde (3,4-DHPEA-EDA) account for approximately 55 % of the phenolic content of olive oil and may be partly responsible for its reported human health benefits. We have investigated the absorption and metabolism of these secoiridoids in the upper gastrointestinal tract. Both 3,4-DHPEA-EDA and 3,4-DHPEA-EA were relatively stable under gastric conditions, only undergoing limited hydrolysis. Both secoiridoids were transferred across a human cellular model of the small intestine (Caco-2 cells). However, no glucuronide conjugation was observed for either secoiridoid during transfer, although some hydroxytyrosol and homovanillic alcohol were formed. As Caco-2 cells are known to express only limited metabolic activity, we also investigated the absorption and metabolism of secoiridoids in isolated, perfused segments of the jejunum and ileum. Here, both secoiridoids underwent extensive metabolism, most notably a two-electron reduction and glucuronidation during the transfer across both the ileum and jejunum. Unlike Caco-2 cells, the intact small-intestinal segments contain NADPH-dependent aldo-keto reductases, which reduce the aldehyde carbonyl group of 3,4-DHPEA-EA and one of the two aldeydic carbonyl groups present on 3,4-DHPEA-EDA. These reduced forms are then glucuronidated and represent the major in vivo small-intestinal metabolites of the secoiridoids. In agreement with the cell studies, perfusion of the jejunum and ileum also yielded hydroxytyrosol and homovanillic alcohol and their respective glucuronides. We suggest that the reduced and glucuronidated forms represent novel physiological metabolites of the secoiridoids that should be pursued in vivo and investigated for their biological activity.

Influence of fermentation conditions on the surface properties and adhesion of Lactobacillus rhamnosus GG

Background: The surface properties of probiotic bacteria influence to a large extent their interactions within the gut ecosystem. There is limited amount of information on the effect of the production process on the surface properties of probiotic lactobacilli in relation to the mechanisms of their adhesion to the gastrointestinal mucosa. The aim of this work was to investigate the effect of the fermentation pH and temperature on the surface properties and adhesion ability to Caco-2 cells of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus GG. Results: The cells were grown at pH 5, 5.5, 6 (temperature 37 °C) and at pH 6.5 (temperature 25 °C, 30 °C and 37 °C), and their surfaces analysed by X-ray photoelectron spectrometry (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and gel-based proteomics. The results indicated that for all the fermentation conditions, with the exception of pH 5, a higher nitrogen to carbon ratio and a lower phosphate content was observed at the surface of the bacteria, which resulted in a lower surface hydrophobicity and reduced adhesion levels to Caco-2 cells as compared to the control fermentation (pH 6.5, 37 oC). A number of adhesive proteins, which have been suggested in previous published works to take part in the adhesion of bacteria to the human gastrointestinal tract, were identified by proteomic analysis, with no significant differences between samples however. Conclusions: The temperature and the pH of the fermentation influenced the surface composition, hydrophobicity and the levels of adhesion of L. rhamnosus GG to Caco-2 cells. It was deduced from the data that a protein rich surface reduced the adhesion ability of the cells.

Identification of components of the Sigma B Regulon in Listeria monocytogenes that contribute to acid and salt tolerance

Sigma B (σB) is an alternative sigma factor that controls the transcriptional response to stress in Listeria monocytogenes and is also known to play a role in the virulence of this human pathogen. In the present study we investigated the impact of a sigB deletion on the proteome of L. monocytogenes grown in a chemically defined medium both in the presence and in the absence of osmotic stress (0.5 M NaCl). Two new phenotypes associated with the sigB deletion were identified using this medium. (i) Unexpectedly, the strain with the ΔsigB deletion was found to grow faster than the parent strain in the growth medium, but only when 0.5 M NaCl was present. This phenomenon was independent of the carbon source provided in the medium. (ii) The ΔsigB mutant was found to have unusual Gram staining properties compared to the parent, suggesting that σB contributes to the maintenance of an intact cell wall. A proteomic analysis was performed by two-dimensional gel electrophoresis, using cells growing in the exponential and stationary phases. Overall, 11 proteins were found to be differentially expressed in the wild type and the ΔsigB mutant; 10 of these proteins were expressed at lower levels in the mutant, and 1 was overexpressed in the mutant. All 11 proteins were identified by tandem mass spectrometry, and putative functions were assigned based on homology to proteins from other bacteria. Five proteins had putative functions related to carbon utilization (Lmo0539, Lmo0783, Lmo0913, Lmo1830, and Lmo2696), while three proteins were similar to proteins whose functions are unknown but that are known to be stress inducible (Lmo0796, Lmo2391, and Lmo2748). To gain further insight into the role of σB in L. monocytogenes, we deleted the genes encoding four of the proteins, lmo0796, lmo0913, lmo2391, and lmo2748. Phenotypic characterization of the mutants revealed that Lmo2748 plays a role in osmotolerance, while Lmo0796, Lmo0913, and Lmo2391 were all implicated in acid stress tolerance to various degrees. Invasion assays performed with Caco-2 cells indicated that none of the four genes was required for mammalian cell invasion. Microscopic analysis suggested that loss of Lmo2748 might contribute to the cell wall defect observed in the ΔsigB mutant. Overall, this study highlighted two new phenotypes associated with the loss of σB. It also demonstrated clear roles for σB in both osmotic and low-pH stress tolerance and identified specific components of the σB regulon that contribute to the responses observed.

Effects of fermentation products of pro- and prebiotics on trans-epithelial electrical resistance in an in vitro model of the colon

Evidence from in vivo and in vitro studies suggests that the consumption of pro- and prebiotics may inhibit colon carcinogenesis; however, the mechanisms involved have, thus far, proved elusive. There are some indications from animal studies that the effects are being exerted during the promotion stage of carcinogenesis. One feature of the promotion stage of colorectal cancer is the disruption of tight junctions, leading to a loss of integrity across the intestinal barrier. We have used the Caco-2 human adenocarcinoma cell line as a model for the intestinal epithelia. Trans-epithelial electrical resistance measurements indicate Caco-2 monolayer integrity, and we recorded changes to this integrity following exposure to the fermentation products of selected probiotics and prebiotics, in the form of nondigestible oligosaccharides (NDOs). Our results indicate that NDOs themselves exert varying, but generally minor, effects upon the strength of the tight junctions, whereas the fermentation products of probiotics and NDOs tend to raise tight junction integrity above that of the controls. This effect was bacterial species and oligosaccharide specific. Bifidobacterium Bb 12 was particularly effective, as were the fermentation products of Raftiline and Raftilose. We further investigated the ability of Raftilose fermentations to protect against the negative effects of deoxycholic acid (DCA) upon tight junction integrity. We found protection to be species dependent and dependent upon the presence of the fermentation products in the media at the same time as or after exposure to the DCA. Results suggest that the Raftilose fermentation products may prevent disruption of the intestinal epithelial barrier function during damage by tumor promoters.

EGFR is involved in control of gastric cell proliferation through activation of MAPK and Src signalling pathways in early-weaned rats

Objectives: Early weaning (EW) increases proliferation of the gastric epithelium in parallel with higher expression of transforming growth factor alpha and its receptor epidermal growth factor receptor (EGFR). The primary objective of the present study was to examine involvement of EGFR signalling in regulating mucosal cell proliferation during the early weaning period. Materials and methods: Fifteen-day-old rats were split into two groups: suckling (control) and EW, in which pups were separated from the dam. Animals were killed daily until the 18th day, 3 days after onset of treatment. To investigate the role of EGFR in proliferation control, EW pups were injected with AG1478, an EGFR inhibitor; signalling molecules, proliferative indices and cell cycle-related proteins were evaluated. Results: EW increased ERK1/2 and Src phosphorylation at 17 days, but p-Akt levels were unchanged. Moreover, at 17 days, AG1478 administration impaired ERK phosphorylation, whereas p-Src and p-Akt were not altered. AG1478 treatment reduced mitotic and DNA synthesis indices, which were determined on HE-stained and BrdU-labelled sections. Finally, AG1478 injection decreased p21 levels in the gastric mucosa at 17 days, while no changes were detected in p27, cyclin E, CDK2, cyclin D1 and CDK4 concentrations. Conclusions: EGFR is part of the mechanism that regulates cell proliferation in rat gastric mucosa during early weaning. We suggest that such responses might depend on activation of MAPK and/or Src signalling pathways and regulation of p21 levels.