Fructose-1,6-bisphosphate reduces inflammatory pain-like behaviour in mice: role of adenosine acting on A(1) receptors

Background and purpose: D-Fructose-1,6-bisphosphate (FBP) is an intermediate in the glycolytic pathway, exerting pharmacological actions on inflammation by inhibiting cytokine production or interfering with adenosine production. Here, the possible antinociceptive effect of FBP and its mechanism of action in the carrageenin paw inflammation model in mice were addressed, focusing on the two mechanisms described above. Experimental approach: Mechanical hyperalgesia (decrease in the nociceptive threshold) was evaluated by the electronic pressure-metre test; cytokine levels were measured by elisa and adenosine was determined by high performance liquid chromatography. Key results: Pretreatment of mice with FBP reduced hyperalgesia induced by intraplantar injection of carrageenin (up to 54%), tumour necrosis factor alpha (40%), interleukin-1 beta (46%), CXCL1 (33%), prostaglandin E(2) (41%) or dopamine (55%). However, FBP treatment did not alter carrageenin-induced cytokine (tumour necrosis factor alpha and interleukin-1 beta) or chemokine (CXCL1) production. On the other hand, the antinociceptive effect of FBP was prevented by systemic and intraplantar treatment with an adenosine A(1) receptor antagonist (8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine), suggesting that the FBP effect is mediated by peripheral adenosine acting on A(1) receptors. Giving FBP to mice increased adenosine levels in plasma, and adenosine treatment of paw inflammation presented a similar antinociceptive mechanism to that of FBP. Conclusions and implications: In addition to anti-inflammatory action, FBP also presents an antinociceptive effect upon inflammatory hyperalgesia. Its mechanism of action seems dependent on adenosine production but not on modulation of hyperalgesic cytokine/chemokine production. In turn, adenosine acts peripherally on its A(1) receptor inhibiting hyperalgesia. FBP may have possible therapeutic applications in reducing inflammatory pain.

Structure d'une tagatose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : étude d'une apparente perte de stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase de classe I qui fait montre d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-biphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-biphosphate (FBP), du sorbose-1,6-biphosphate et du psicose-1,6-biphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution de la structure native et en complexe avec le DHAP, a respectivement 1.87 et 1.92 Å de résolution. Ces mêmes structures ont permis de se représenter plus clairement le site actif de l'enzyme en général, et les résidus catalytiques en particulier. Le trempage des cristaux de TBP aldolase dans une solution saturante de DHAP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire iminium, ainsi que sa géométrie particulière en atteste. Des expériences d'échange de proton, entreprises afin d'évaluer le stéréoisomérisme du transfert de proton catalytique, ont également permis de faire une intéressante découverte : la TBP aldolase ne peut déprotoner le coté pro-R du C3 du DHAP, mais peut le protonner. Ce résultat, ainsi que la comparaison de la structure du complexe TBP aldolase-DHAP avec la structure du complexe FBP aldolase de muscle de lapin- DHAP, pointe vers un isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP. De plus, la résolution de ces deux structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Étude structure-fonction des fructose-1,6-bisphosphate aldolases métallo-dépendantes : mécanisme catalytique et développement d’antimicrobiens

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Fructose-1,6-bisphosphate preserves intracellular glutathione and protects cortical neurons against oxidative stress

Fructose-1,6-bisphosphate (FBP), an endogenous intermediate of glycolysis, protects the brain against ischemia-reperfusion injury. The mechanisms of FBP protection after cerebral ischemia are not well understood. The current study was undertaken to determine whether FBP protects primary neurons against hypoxia and oxidative stress by preserving reduced glutathione (GSH). Cultures of pure cortical neurons were subjected to oxygen deprivation, a donor of nitric oxide and superoxide radicals (3-morpholinosydnonimine), an inhibitor of glutathione synthesis (L-buthionine-sulfoximine) or glutathione reductase (1,3-bis(2-chloroethyl)-1-nitrosourea) in the presence or absence of FBP (3.5 mM). Neuronal viability was determined using an 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assay. FBP protected neurons against hypoxia-reoxygenation and oxidative stress under conditions of compromised GSH metabolism. The efficacy of FBP depended on duration of hypoxia and was associated with higher intracellular GSH concentration, an effect partly mediated via increased glutathione reductase activity.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Sterol regulatory element binding protein-1a transactivates 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase gene promoter

6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB)catalyzes the synthesis and degradation of fructose-2,6-bisphosphate, a key modulator of glycolysis-gluconeogenesis. To gain insight into the molecular mechanism behind hormonal and nutritional regulation of PFKFB expression, we have cloned and characterized the proximal promoter region of the liver isoform of PFKFB (PFKFB1) from gilthead sea bream (Sparus aurata). Transient transfection of HepG2 cells with deleted gene promoter constructs and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify a sterol regulatory element (SRE) to which SRE binding protein-1a (SREBP-1a)binds and transactivates PFKFB1 gene transcription. Mutating the SRE box abolished SREBP-1a binding and transactivation. The in vivo binding of SREBP-1a to the SRE box in the S. aurata PFKFB1 promoter was confirmed by chromatin immunoprecipitation assays. There is a great deal of evidence for a postprandial rise of PFKB1 mRNA levels in fish and rats. Consistently, starved-to-fed transition and treatment with glucose or insulin increased SREBP-1 immunodetectable levels, SREBP-1 association to PFKFB1 promoter, and PFKFB1 mRNA levels in the piscine liver. Our findings demonstrate involvement of SREBP-1a in the transcriptional activation of PFKFB1, and we conclude that SREBP-1a may exert a key role mediating postprandial activation of PFKFB1 transcription.

Sterol regulatory element binding protein-1a transactivates 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase gene promoter

6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB)catalyzes the synthesis and degradation of fructose-2,6-bisphosphate, a key modulator of glycolysis-gluconeogenesis. To gain insight into the molecular mechanism behind hormonal and nutritional regulation of PFKFB expression, we have cloned and characterized the proximal promoter region of the liver isoform of PFKFB (PFKFB1) from gilthead sea bream (Sparus aurata). Transient transfection of HepG2 cells with deleted gene promoter constructs and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify a sterol regulatory element (SRE) to which SRE binding protein-1a (SREBP-1a)binds and transactivates PFKFB1 gene transcription. Mutating the SRE box abolished SREBP-1a binding and transactivation. The in vivo binding of SREBP-1a to the SRE box in the S. aurata PFKFB1 promoter was confirmed by chromatin immunoprecipitation assays. There is a great deal of evidence for a postprandial rise of PFKB1 mRNA levels in fish and rats. Consistently, starved-to-fed transition and treatment with glucose or insulin increased SREBP-1 immunodetectable levels, SREBP-1 association to PFKFB1 promoter, and PFKFB1 mRNA levels in the piscine liver. Our findings demonstrate involvement of SREBP-1a in the transcriptional activation of PFKFB1, and we conclude that SREBP-1a may exert a key role mediating postprandial activation of PFKFB1 transcription.

Utilização da frutose-1, 6-Bisfosfato como um protetor celular na preservação de fígados para transplante

A solução de preservação da Universidade de Wisconsin (UW) é considerada a solução padrão para preservação de fígados, rins e pâncreas. A frutose-1,6-bisfosfato (FBP) é uma substância que apresenta efeito protetor do fígado contra injúrias provocadas por agentes químicos e ocorridas durante o período de isquemia-reperfusão. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da FBP na composição de soluções para preservação de fígados para transplante. Neste estudo experimental, a perfusão e a preservação dos fígados foram realizadas em cada grupo com as soluções de UW, UW contendo 10 mmol/L de FBP (UWM) e FBP 10 mmol/L (FBPS), respectivamente. Os fígados foram armazenados em um recipiente plástico contendo solução de preservação a 4oC por 24 horas. As mensurações bioquímicas de AST, ALT, LDH e TBARS foram realizadas em amostras das soluções de preservação nos tempos de 0, 12, 18 e 24 horas. A análise histológica foi realizada em fígados preservados por 24 horas. O grau de preservação observado com as soluções de UW e FBPS foi similar até 18 horas de armazenamento. A adição de 10 mmol/L de FBP à solução de UW provocou um aumento das injúrias ocorridas e uma pior preservação quando comparado ao grupo armazenado em UW. A FBP protegeu os fígados contra danos causados pelos radicais livres por tempos de preservação inferiores a 18 horas. Não houve diferença significativa entre os grupos na análise histológica dos fígados preservados no tempo de 24 horas. A FBP utilizada em solução foi eficaz na preservação de fígados, podendo ser um importante constituinte para outras formulações.

Crystallographic evidence for the action of potassium, thallium, and lithium ions on fructose-1,6-bisphosphatase.

Fructose-1,6-bisphosphatase (Fru-1,6-Pase; D-fructose-1,6-bisphosphate 1-phosphohydrolase, EC 3.1.3.11) requires two divalent metal ions to hydrolyze alpha-D-fructose 1,6-bisphosphate. Although not required for catalysis, monovalent cations modify the enzyme activity; K+ and Tl+ ions are activators, whereas Li+ ions are inhibitors. Their mechanisms of action are still unknown. We report here crystallographic structures of pig kidney Fru-1,6-Pase complexed with K+, Tl+, or both Tl+ and Li+. In the T form Fru-1,6-Pase complexed with the substrate analogue 2,5-anhydro-D-glucitol 1,6-bisphosphate (AhG-1,6-P2) and Tl+ or K+ ions, three Tl+ or K+ binding sites are found. Site 1 is defined by Glu-97, Asp-118, Asp-121, Glu-280, and a 1-phosphate oxygen of AhG-1,6-P2; site 2 is defined by Glu-97, Glu-98, Asp-118, and Leu-120. Finally, site 3 is defined by Arg-276, Glu-280, and the 1-phosphate group of AhG-1,6-P2. The Tl+ or K+ ions at sites 1 and 2 are very close to the positions previously identified for the divalent metal ions. Site 3 is specific to K+ or Tl+. In the divalent metal ion complexes, site 3 is occupied by the guanidinium group of Arg-276. These observations suggest that Tl+ or K+ ions can substitute for Arg-276 in the active site and polarize the 1-phosphate group, thus facilitating nucleophilic attack on the phosphorus center. In the T form complexed with both Tl+ and Li+ ions, Li+ replaces Tl+ at metal site 1. Inhibition by lithium very likely occurs as it binds to this site, thus retarding turnover or phosphate release. The present study provides a structural basis for a similar mechanism of inhibition for inositol monophosphatase, one of the potential targets of lithium ions in the treatment of manic depression.

TP53 induced glycolysis and apoptosis regulator (TIGAR) knockdown results in radiosensitization of glioma cells

Background and purpose: The TP53 induced glycolysis and apoptosis regulator (TIGAR) functions to lower fructose-2,6-bisphosphate (Fru-2,6-P2) levels in cells, consequently decreasing glycolysis and leading to the scavenging of reactive oxygen species (ROS), which correlate with a higher resistance to cell death. The decrease in intracellular ROS levels in response to TIGAR may also play a role in the ability of p53 to protect from the accumulation of genomic lesions. Given these good prospects of TIGAR for metabolic regulation and p53-response modulation, we analyzed the effects of TIGAR knockdown in U87MG and T98G glioblastoma-derived cell lines. Methods/results: After TIGAR-knockdown in glioblastoma cell lines, different metabolic parameters were assayed, showing an increase in Fru-2,6-P2, lactate and ROS levels, with a concomitant decrease in reduced glutathione (GSH) levels. In addition, cell growth was inhibited without evidence of apoptotic or autophagic cell death. In contrast, a clear senescent phenotype was observed. We also found that TIGAR protein levels were increased shortly after irradiation. In addition, avoiding radiotherapy-triggered TIGAR induction by gene silencing resulted in the loss of capacity of glioblastoma cells to form colonies in culture and the delay of DNA repair mechanisms, based in c-H2AX foci, leading cells to undergo morphological changes compatible with a senescent phenotype. Thus, the results obtained raised the possibility to consider TIGAR as a therapeutic target to increase radiotherapy effects. Conclusion: TIGAR abrogation provides a novel adjunctive therapeutic strategy against glial tumors by increasing radiation-induced cell impairment, thus allowing the use of lower radiotherapeutic doses.

During the initiation of fermentation overexpression of hexokinase PII in yeast transiently causes a similar deregulation of glycolysis as deletion of Tps1

In the yeast Saccharomyces cerevisiae a novel control exerted by TPS1 (=GGS1=FDP1=BYP1=CIF1=GLC6=TSS1)-encoded trehalose-6-phosphate synthase, is essential for restriction of glucose influx into glycolysis apparently by inhibiting hexokinase activity in vivo. We show that up to 50-fold overexpression of hexokinase does not noticeably affect growth on glucose or fructose in wild-type cells. However, it causes higher levels of glucose-6-phosphate, fructose-6-phosphate and also faster accumulation of fructose-1,6-bisphosphate during the initiation of fermentation. The levels of ATP and Pi correlated inversely with the higher sugar phosphate levels. In the first minutes after glucose addition, the metabolite pattern observed was intermediate between those of the tps1Δ mutant and tile wild-type strain. Apparently, during the start-up of fermentation hexokinase is more rate-limiting in the first section of glycolysis than phosphofructokinase. We have developed a method to measure the free intracellular glucose level which is based on the simultaneous addition of D-glucose and an equal concentration of radiolabelled L-glucose. Since the latter is not transported, the free intracellular glucose level can be calculated as the difference between the total B-glucose measured (intracellular + periplasmic/extracellular) and the total L-glucose measured (periplasmic/extracellular). The intracellular glucose level rose in 5 min after addition of 100 mM-glucose to 0.5-2 mM in the wild-type strain, ± 10 mm in a hxk1Δ hxk2Δ glk1Δ and 2-3 mM in a tps1Δ strain. In the strains overexpressing hexokinase PII the level of free intracellular glucose was not reduced. Overexpression of hexokinase PII never produced a strong effect on the rate of ethanol production and glucose consumption. Our results show that overexpression of hexokinase does not cause the same phenotype as deletion of Tps1. However, it mimics it transiently during the initiation of fermentation. Afterwards, the Tps1-dependent control system is apparently able to restrict Properly up to 50-fold higher hexokinase activity.

Effects of increased CO2 on fish gill and plasma proteome

Ocean acidification and warming are both primarily caused by increased levels of atmospheric CO2, and marine organisms are exposed to these two stressors simultaneously. Although the effects of temperature on fish have been investigated over the last century, the long-term effects of moderate CO2 exposure and the combination of both stressors are almost entirely unknown. A proteomics approach was used to assess the adverse physiological and biochemical changes that may occur from the exposure to these two environmental stressors. We analysed gills and blood plasma of Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) exposed to temperatures of 12°C (control) and 18°C (impaired growth) in combination with control (400 µatm) or high-CO2 water (1000 µatm) for 14 weeks. The proteomic analysis was performed using two-dimensional gel electrophoresis (2DE) followed by Nanoflow LC-MS/MS using a LTQ-Orbitrap. The high-CO2 treatment induced the up-regulation of immune system-related proteins, as indicated by the up-regulation of the plasma proteins complement component C3 and fibrinogen beta chain precursor in both temperature treatments. Changes in gill proteome in the high-CO2 (18°C) group were mostly related to increased energy metabolism proteins (ATP synthase, malate dehydrogenase, malate dehydrogenase thermostable, and fructose-1,6-bisphosphate aldolase), possibly coupled to a higher energy demand. Gills from fish exposed to high-CO2 at both temperature treatments showed changes in proteins associated with increased cellular turnover and apoptosis signalling (annexin 5, eukaryotic translation elongation factor 1 gamma, receptor for protein kinase C, and putative ribosomal protein S27). This study indicates that moderate CO2-driven acidification, alone and combined with high temperature, can elicit biochemical changes that may affect fish health.

The Bacillus subtilis crh gene encodes a HPr-like protein involved in carbon catabolite repression

Carbon catabolite repression (CCR) of several Bacillus subtilis catabolic genes is mediated by ATP-dependent phosphorylation of histidine-containing protein (HPr), a phosphocarrier protein of the phosphoenolpyruvate (PEP): sugar phosphotransferase system. In this study, we report the discovery of a new B. subtilis gene encoding a HPr-like protein, Crh (for catabolite repression HPr), composed of 85 amino acids. Crh exhibits 45% sequence identity with HPr, but the active site His-15 of HPr is replaced with a glutamine in Crh. Crh is therefore not phosphorylated by PEP and enzyme I, but is phosphorylated by ATP and the HPr kinase in the presence of fructose-1,6-bisphosphate. We determined Ser-46 as the site of phosphorylation in Crh by carrying out mass spectrometry with peptides obtained by tryptic digestion or CNBr cleavage. In a B. subtilis ptsH1 mutant strain, synthesis of β-xylosidase, inositol dehydrogenase, and levanase was only partially relieved from CCR. Additional disruption of the crh gene caused almost complete relief from CCR. In a ptsH1 crh1 mutant, producing HPr and Crh in which Ser-46 is replaced with a nonphosphorylatable alanyl residue, expression of β-xylosidase was also completely relieved from glucose repression. These results suggest that CCR of certain catabolic operons requires, in addition to CcpA, ATP-dependent phosphorylation of Crh, and HPr at Ser-46.

Glycolytic Flux Is Adjusted to Nitrogenase Activity in Nodules of Detopped and Argon-Treated Alfalfa Plants1

To investigate the short-term (30–240 min) interactions among nitrogenase activity, NH4+ assimilation, and plant glycolysis, we measured the concentrations of selected C and N metabolites in alfalfa (Medicago sativa L.) root nodules after detopping and during continuous exposure of the nodulated roots to Ar:O2 (80:20, v/v). Both treatments caused an increase in the ratios of glucose-6-phosphate to fructose-1,6-bisphosphate, fructose-6-phosphate to fructose-1,6-bisphosphate, phosphoenolpyruvate (PEP) to pyruvate, and PEP to malate. This suggested that glycolytic flux was inhibited at the steps catalyzed by phosphofructokinase, pyruvate kinase, and PEP carboxylase. In the Ar:O2-treated plants the apparent inhibition of glycolytic flux was reversible, whereas in the detopped plants it was not. In both groups of plants the apparent inhibition of glycolytic flux was delayed relative to the decline in nitrogenase activity. The decline in nitrogenase activity was followed by a dramatic increase in the nodular glutamate to glutamine ratio. In the detopped plants this was coincident with the apparent inhibition of glycolytic flux, whereas in the Ar:O2-treated plants it preceded the apparent inhibition of glycolytic flux. We propose that the increase in the nodular glutamate to glutamine ratio, which occurs as a result of the decline in nitrogenase activity, may act as a signal to decrease plant glycolytic flux in legume root nodules.