Mechanisms of Ligand–Protein Interaction in Sec-14-like Transporters Investigated by Computer Simulations

We review our recent work on protein-ligand interactions in vitamin transporters of the Sec-14-like protein. Our studies focused on the cellular-retinaldehyde binding protein (CRALBP) and the alpha-tocopherol transfer protein (alpha-TTP). CRALBP is responsible for mobilisation and photo-protection of short-chain cis-retinoids in the dim-light visual cycle or rod photoreceptors. alpha-TTP is a key protein responsible for selection and retention of RRR-alpha-tocopherol, the most active isoform of vitamin E in superior animals. Our simulation studies evidence how subtle chemical variations in the substrate can lead to significant distortion in the structure of the complex, and how these changes can either lead to new protein function, or be used to model engineered protein variants with tailored properties. Finally, we show how integration of computational and experimental results can contribute in synergy to the understanding of fundamental processes at the biomolecular scale.

Human and ecological risk assessment of a crop protection chemical: a case study with the azole fungicide epoxiconazole.

Conventional risk assessments for crop protection chemicals compare the potential for causing toxicity (hazard identification) to anticipated exposure. New regulatory approaches have been proposed that would exclude exposure assessment and just focus on hazard identification based on endocrine disruption. This review comprises a critical analysis of hazard, focusing on the relative sensitivity of endocrine and non-endocrine endpoints, using a class of crop protection chemicals, the azole fungicides. These were selected because they are widely used on important crops (e.g. grains) and thereby can contact target and non-target plants and enter the food chain of humans and wildlife. Inhibition of lanosterol 14α-demethylase (CYP51) mediates the antifungal effect. Inhibition of other CYPs, such as aromatase (CYP19), can lead to numerous toxicological effects, which are also evident from high dose human exposures to therapeutic azoles. Because of its widespread use and substantial database, epoxiconazole was selected as a representative azole fungicide. Our critical analysis concluded that anticipated human exposure to epoxiconazole would yield a margin of safety of at least three orders of magnitude for reproductive effects observed in laboratory rodent studies that are postulated to be endocrine-driven (i.e. fetal resorptions). The most sensitive ecological species is the aquatic plant Lemna (duckweed), for which the margin of safety is less protective than for human health. For humans and wildlife, endocrine disruption is not the most sensitive endpoint. It is concluded that conventional risk assessment, considering anticipated exposure levels, will be protective of both human and ecological health. Although the toxic mechanisms of other azole compounds may be similar, large differences in potency will require a case-by-case risk assessment.

Linking Landscape Protection and Nature Conservation: Switzerland’s Experience with Protected Mire Landscapes

Since 1987, Switzerland’s Federal Inventory of Mire Landscapes of Particular Beauty and National Importance has provided an instrument for the integration of nature conservation and landscape protection. Mires and mire landscape protection are strictly regulated. However, research results show that neither the goals of mire protection nor those of mire landscape protection are being achieved. The reasons for this are manifold and, in particular, have to do with a lack of coordination between the various policy areas that shape mire environments and mire landscapes. There are several key challenges involving different political and administrative levels. At the national level, mechanisms must be devised that enable differentiated regional implementation of national sectoral policies. In the context of cantonal structure planning, regional nature conservation and landscape protection priorities should be established based on existing regional potentials vis-à-vis the natural environment and landscapes (including protected biotopes and landscapes). At the regional level (spanning multiple communes), integrated planning instruments and governance structures should be developed so that implementation of national and cantonal sectoral policies may be harmonized under the umbrella of regional and integrated development plans. These adjustments to Switzerland’s institutional system are necessary to enable far-reaching integration of nature conservation and landscape protection when setting regional policy priorities. This would strengthen the protection of mire landscapes and other integrative instruments such as regional nature parks of national importance.

IL-33 promotes an innate immune pathway of intestinal tissue protection dependent on amphiregulin-EGFR interactions

The barrier surfaces of the skin, lung, and intestine are constantly exposed to environmental stimuli that can result in inflammation and tissue damage. Interleukin (IL)-33-dependent group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) are enriched at barrier surfaces and have been implicated in promoting inflammation; however, the mechanisms underlying the tissue-protective roles of IL-33 or ILC2s at surfaces such as the intestine remain poorly defined. Here we demonstrate that, following activation with IL-33, expression of the growth factor amphiregulin (AREG) is a dominant functional signature of gut-associated ILC2s. In the context of a murine model of intestinal damage and inflammation, the frequency and number of AREG-expressing ILC2s increases following intestinal injury and genetic disruption of the endogenous AREG-epidermal growth factor receptor (EGFR) pathway exacerbated disease. Administration of exogenous AREG limited intestinal inflammation and decreased disease severity in both lymphocyte-sufficient and lymphocyte-deficient mice, revealing a previously unrecognized innate immune mechanism of intestinal tissue protection. Furthermore, treatment with IL-33 or transfer of ILC2s ameliorated intestinal disease severity in an AREG-dependent manner. Collectively, these data reveal a critical feedback loop in which cytokine cues from damaged epithelia activate innate immune cells to express growth factors essential for ILC-dependent restoration of epithelial barrier function and maintenance of tissue homeostasis.

Role of the glutathione S -transferase P1 (GSTP1) electrophile binding site (H-site) in protection from doxorubicin -mediated cytotoxicity

The hypothesis addressed in this project was that novel variants of naturally occurring human glutathione S-transferase P1 (GSTP1) can be created by random mutagenesis of the GSTP1 active site to yield polypeptides with increased enzymatic activity against electrophilic substrates. Specifically, the mutant proteins would metabolize and inactivate selected electrophiles more efficiently than wild-type GSTP1 and confer significant cytoprotection, as measured by reduced apoptosis and increased clonogenic survival. Glutathione S-transferase P1, a major electrophile metabolizing and detoxifying enzyme, is encoded by a polymorphic genetic locus. This locus contains nucleotide transitions in the region encoding the active site of the peptide that yields proteins with significant structural and functional differences. The method of Degenerate Oligonucleotide Mediated Random Mutagenesis (DOMRM) was used to generate cDNAs encoding unique GSTP1 polypeptides with mutations within electrophile binding site (H-site) while leaving the glutathione binding site unaffected. A prokaryotic expression library of the mutant GSTP1 polypeptides was created and screened for increased resistance to cisplatin. This screen resulted in the isolation of 96 clones representing 22 distinct mutant cDNA sequences. To investigate the effects of the changes in the H-site on the biological activity of GSTP1, the cDNA of wild-type GSTP1c and two of the identified mutants were stably transfected into human LNCaP-Pro5 prostate cancer cells that do not endogenously express GSTP1. Wild-type transfectants were resistant to doxorubicin-induced apoptosis and displayed increased clonogenic survival compared to vector controls. However, contrary to the hypothesis, in both assays the mutant transfectants were no more resistant to doxorubicin than the wild-type transfectants. To elucidate the mechanisms underlying GSTP1-mediated survival, an in-vitro assay was developed to determine whether active GSTP1 protein directly metabolizes doxorubicin by conjugation to reduced glutathione (GSH). Although GSH did promote the appearance of a unique doxorubicin conjugate, conjugate formation was not substantially increased by the addition of GSTP1 in a variety of reaction conditions. ^

Translation inhibitors stabilize Escherichia coli mRNAs independently of ribosome protection

Translation inhibitors such as chloramphenicol in prokaryotes or cycloheximide in eukaryotes stabilize many or most cellular mRNAs. In Escherichia coli, this stabilization is ascribed generally to the shielding of mRNAs by stalled ribosomes. To evaluate this interpretation, we examine here how inhibitors affect the stabilities of two untranslated RNAs, i.e., an engineered lacZ mRNA lacking a ribosome binding site, and a small regulatory RNA, RNAI. Whether they block elongation or initiation, all translation inhibitors tested stabilized these RNAs, indicating that stabilization does not necessarily reflect changes in packing or activity of translating ribosomes. Moreover, both the initial RNase E-dependent cleavage of RNAI and lacZ mRNA and the subsequent attack of RNAI by polynucleotide phosphorylase and poly(A)-polymerase were slowed. Among various possible mechanisms for this stabilization, we discuss in particular a passive model. When translation is blocked, rRNA synthesis is known to increase severalfold and rRNA becomes unstable. Meanwhile, the pools of RNase E and polynucleotide phosphorylase, which, in growing cells, are limited because these RNases autoregulate their own synthesis, cannot expand. The processing/degradation of newly synthesized rRNA would then titrate these RNases, causing bulk mRNA stabilization.

Estrogen receptor α, not β, is a critical link in estradiol-mediated protection against brain injury

Estradiol protects against brain injury, neurodegeneration, and cognitive decline. Our previous work demonstrates that physiological levels of estradiol protect against stroke injury and that this protection may be mediated through receptor-dependent alterations of gene expression. In this report, we tested the hypothesis that estrogen receptors play a pivotal role in mediating neuroprotective actions of estradiol and dissected the potential biological roles of each estrogen receptor (ER) subtype, ERα and ERβ, in the injured brain. To investigate and delineate these mechanisms, we used ERα-knockout (ERαKO) and ERβ-knockout (ERβKO) mice in an animal model of stroke. We performed our studies by using a controlled endocrine paradigm, because endogenous levels of estradiol differ dramatically among ERαKO, ERβKO, and wild-type mice. We ovariectomized ERαKO, ERβKO, and the respective wild-type mice and implanted them with capsules filled with oil (vehicle) or a dose of 17β-estradiol that produces physiological hormone levels in serum. One week later, mice underwent ischemia. Our results demonstrate that deletion of ERα completely abolishes the protective actions of estradiol in all regions of the brain; whereas the ability of estradiol to protect against brain injury is totally preserved in the absence of ERβ. Thus, our results clearly establish that the ERα subtype is a critical mechanistic link in mediating the protective effects of physiological levels of estradiol in brain injury. Our discovery that ERα mediates protection of the brain carries far-reaching implications for the selective targeting of ERs in the treatment and prevention of neural dysfunction associated with normal aging or brain injury.

Legal shifts : shaping expectations of intellectual property protection in an open innovation industrial environment

Projet de recherche réalisé en 2014-2015 avec l'appui du Fonds de recherche du Québec – Société et culture.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Legal shifts : shaping expectations of intellectual property protection in an open innovation industrial environment

Projet de recherche réalisé en 2014-2015 avec l'appui du Fonds de recherche du Québec – Société et culture.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Chemical shoreline cleaning agents for oil spills : update state-of-the-art on mechanisms of action and factors influencing performance /

"EPA contract no. 68-C8-0062, Work assignment no. 3-48, SAIC project no. 01-0895-03-1000."

Regulatory strategies for construction site erosion control programs : forms, costs, and cost recovery mechanisms : contractor assistance for the cost of financing regulatory programs /

"December, 1980."

Prophylactic HPV vaccines: Underlying mechanisms

Human papillomavirus virus-like particles (HPV VLP) can be generated by the synthesis and self-assembly in vitro of the major virus capsid protein L1. HPV L1 VLPs are morphologically and antigenically almost identical to native virions, and this technology has been exploited to produce HPV L1 VLP subunit vaccines. The vaccines elicit high titres of anti-L I VLP antibodies that persist at levels 10 times that of natural infections for at least 48 months. At present the assumption is that the protection achieved by these vaccines against incident HPV infection and HPV-associated ano-genital pathology is mediated via serum neutralising Immunoglobulin G (IgG). However, since there have been very few vaccine failures thus far, immune correlates of protection have not been established. The available evidence is that the immunodominant neutralising antibodies generated by L1 VLPs are type-specific and are not cross-neutralising, although highly homologous HPV pairs share minor cross-neutralisation epitopes. Important issues remaining to be addressed include the duration of protection and genotype replacement. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The role of oxidation in the protection of sliding metal surfaces

This study is concerned with the mechanisms of growth and wear of protective oxide films formed under various tribological conditions. In the study three different tribological systems are examined in each of which oxidational wear is the dominant equilibrium mode. These are an unlubricated steel on steel system sliding at low and elevated temperatures, a boundary lubricated aluminium bronze on steel system and an unlubricated reciprocating sliding 9% Cr steel system operated at elevated temperature, in an atmosphere of carbon dioxide. The results of mechanical measurements of wear and friction are presented for a range of conditions of load, speed and temper.ature for the systems, together with the results of extensive examinations of the surfaces and sub­ surfaces by various physical methods of analysis. The major part of the thesis, however, is devoted to the development and application of surface models and theoretical quantative expressions in order to explain the observed oxidational wear phenomena. In this work, the mechanisms of formation of load bearing ox ide plateaux are described and are found to be dependent on system geometry and environment. The relative importance of ''in contact" and "out of contact" oxidation is identified together with growth rate constants appropriate to the two situations. Hypotheses are presented to explain the mechanisms of removal of plateaux to form wear debris. The latter hypotheses include the effects of cyclic stressing and dislocation accumulation, together with effects associated with the kinetics of growth and physical properties of the various oxides. The proposed surf ace mode1s have led to the develop­ ment of quantitative expressions for contact temperature, unlubricated wear rates, boundary lubricated wear rates and the wear of rna ter ial during the transition from severe to mild wear. In general theoretical predictions from these expressions are in very good agreement with experimental values.