Medicinal chemistry : chemistry, biochemistry, therapeutic and pharmacological action of natural and synthetic drugs.

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Identification of Ligands for the Tau Exon 10 Splicing Regulatory Element RNA Using Dynamic Combinatorial Chemistry

We describe the use of dynamic combinatorial chemistry (DCC) to identify ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5'-intron junction of Tau pre-mRNA, which is involved in the onset of several tauopathies including frontotemporal dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17). A series of ligands that combine the small aminoglycoside neamine and heteroaromatic moieties (azaquinolone and two acridines) have been identified by using DCC. These compounds effectively bind the stem-loop RNA target (the concentration required for 50% RNA response (EC(50)): 2-58 μM), as determined by fluorescence titration experiments. Importantly, most of them are able to stabilize both the wild-type and the +3 and +14 mutated sequences associated with the development of FTDP-17 without producing a significant change in the overall structure of the RNA (as analyzed by circular dichroism (CD) spectroscopy), which is a key factor for recognition by the splicing regulatory machinery. A good correlation has been found between the affinity of the ligands for the target and their ability to stabilize the RNA secondary structure.

Stabilization of troponin I for applications in clinical chemistry and forensic medicine. Cardiac troponin I: A time of death marker

Cardiac troponin I (cTnI) is one of the most useful serum marker test for the determination of myocardial infarction (MI). The first commercial assay of cTnI was released for medical use in the United States and Europe in 1995. It is useful in determining if the source of chest pains, whose etiology may be unknown, is cardiac related. Cardiac TnI is released into the bloodstream following myocardial necrosis (cardiac cell death) as a result of an infarct (heart attack). In this research project the utility of cardiac troponin I as a potential marker for the determination of time of death is investigated. The approach of this research is not to investigate cTnI degradation in serum/plasma, but to investigate the proteolytic breakdown of this protein in heart tissue postmortem. If our hypothesis is correct, cTnI might show a distinctive temporal degradation profile after death. This temporal profile may have potential as a time of death marker in forensic medicine. The field of time of death markers has lagged behind the great advances in technology since the late 1850's. Today medical examiners are using rudimentary time of death markers that offer limited reliability in the medico-legal arena. Cardiac TnI must be stabilized in order to avoid further degradation by proteases in the extraction process. Chemically derivatized magnetic microparticles were covalently linked to anti-cTnI monoclonal antibodies. A charge capture approach was also used to eliminate the antibody from the magnetic microparticles given the negative charge on the microparticles. The magnetic microparticles were used to extract cTnI from heart tissue homogenate for further bio-analysis. Cardiac TnI was eluted from the beads with a buffer and analyzed. This technique exploits banding pattern on sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) followed by a western blot transfer to polyvinylidene fluoride (PVDF) paper for probing with anti-cTnI monoclonal antibodies. Bovine hearts were used as a model to establish the relationship of time of death and concentration/band-pattern given its homology to human cardiac TnI. The final concept feasibility was tested with human heart samples from cadavers with known time of death. ^

Photoinduced Degradation of the Herbicide Clomazone Model Reactions for Natural and Technical Systems

The photodegradation of the herbicide clomazone in the presence of S(2)O(8)(2-) or of humic substances of different origin was investigated. A value of (9.4 +/- 0.4) x 10(8) m(-1) s(-1) was measured for the bimolecular rate constant for the reaction of sulfate radicals with clomazone in flash-photolysis experiments. Steady state photolysis of peroxydisulfate, leading to the formation of the sulfate radicals, in the presence of clomazone was shown to be an efficient photodegradation method of the herbicide. This is a relevant result regarding the in situ chemical oxidation procedures involving peroxydisulfate as the oxidant. The main reaction products are 2-chlorobenzylalcohol and 2-chlorobenzaldehyde. The degradation kinetics of clomazone was also studied under steady state conditions induced by photolysis of Aldrich humic acid or a vermicompost extract (VCE). The results indicate that singlet oxygen is the main species responsible for clomazone degradation. The quantum yield of O(2)(a(1)Delta(g)) generation (lambda = 400 nm) for the VCE in D(2)O, Phi(Delta) = (1.3 +/- 0.1) x 10(-3), was determined by measuring the O(2)(a(1)Delta(g)) phosphorescence at 1270 nm. The value of the overall quenching constant of O(2)(a(1)Delta(g)) by clomazone was found to be (5.7 +/- 0.3) x 10(7) m(-1) s(-1) in D(2)O. The bimolecular rate constant for the reaction of clomazone with singlet oxygen was k(r) = (5.4 +/- 0.1) x 10(7) m(-1) s(-1), which means that the quenching process is mainly reactive.

Oxidizing species in the mechanism of cytochrome P450

This review discusses the mechanisms of oxygen activation by cytochrome P450 enzymes, the possible catalytic roles of the various iron-oxygen species formed in the catalytic cycle, and progress in understanding the mechanisms of hydrocarbon hydroxylation, heteroatom oxidation, and olefin epoxidation. The focus of the review is on recent results, but earlier work is discussed as appropriate. The literature through to February 2002 is surveyed, and 175 referenced are cited.

Cellular hypomethylation is associated with impaired nitric oxide production by cultured human endothelial cells

Hyperhomocysteinemia (HHcy) is a risk factor for vascular disease, but the underlying mechanisms remain incompletely defined. Reduced bioavailability of nitric oxide (NO) is a principal manifestation of underlying endothelial dysfunction, which is an initial event in vascular disease. Inhibition of cellular methylation reactions by S-adenosylhomocysteine (AdoHcy), which accumulates during HHcy, has been suggested to contribute to vascular dysfunction. However, thus far, the effect of intracellular AdoHcy accumulation on NO bioavailability has not yet been fully substantiated by experimental evidence. The present study was carried out to evaluate whether disturbances in cellular methylation status affect NO production by cultured human endothelial cells. Here, we show that a hypomethylating environment, induced by the accumulation of AdoHcy, impairs NO production. Consistent with this finding, we observed decreased eNOS expression and activity, but, by contrast, enhanced NOS3 transcription. Taken together, our data support the existence of regulatory post-transcriptional mechanisms modulated by cellular methylation potential leading to impaired NO production by cultured human endothelial cells. As such, our conclusions may have implications for the HHcy-mediated reductions in NO bioavailability and endothelial dysfunction.

Utilizando o monitoramento ambiental para o ensino da química: pedagogia de projeto

The article shows how the monitoring of the water quality can be utilized in an inter-disciplinary pedagogical project involving Analytical Chemistry, Biochemistry and Microbiology making the apprenticeship more dynamic and consolidating the link between the student and the community.

Sínteses química e enzimática de peptídeos: princípios básicos e aplicações

This review begins with a brief discussion of the biological importance and chemical features of peptides. A description of the existing synthetic methods follows with emphasis on the basic aspects of the chemical and enzymatic syntheses. Techniques used to purify and characterize the synthesized peptides are also discussed. Finally, a few applications of the final products in chemistry, biochemistry, immunology and medicine are presented, such as identification and quantification of naturally occurring peptides, inspection of structure-activity relationships, therapeutics, development and/or improvement of analytical techniques and search for new vaccines.

Protein folding: a perspective for biology, medicine and biotechnology

At the present time, protein folding is an extremely active field of research including aspects of biology, chemistry, biochemistry, computer science and physics. The fundamental principles have practical applications in the exploitation of the advances in genome research, in the understanding of different pathologies and in the design of novel proteins with special functions. Although the detailed mechanisms of folding are not completely known, significant advances have been made in the understanding of this complex process through both experimental and theoretical approaches. In this review, the evolution of concepts from Anfinsen's postulate to the "new view" emphasizing the concept of the energy landscape of folding is presented. The main rules of protein folding have been established from in vitro experiments. It has been long accepted that the in vitro refolding process is a good model for understanding the mechanisms by which a nascent polypeptide chain reaches its native conformation in the cellular environment. Indeed, many denatured proteins, even those whose disulfide bridges have been disrupted, are able to refold spontaneously. Although this assumption was challenged by the discovery of molecular chaperones, from the amount of both structural and functional information now available, it has been clearly established that the main rules of protein folding deduced from in vitro experiments are also valid in the cellular environment. This modern view of protein folding permits a better understanding of the aggregation processes that play a role in several pathologies, including those induced by prions and Alzheimer's disease. Drug design and de novo protein design with the aim of creating proteins with novel functions by application of protein folding rules are making significant progress and offer perspectives for practical applications in the development of pharmaceuticals and medical diagnostics.

Études Structurales par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du Site Actif du Ribozyme VS de Neurospora.

Nous étudions le ribozyme VS de Neurospora, en tant que système modèle, pour augmenter nos connaissances sur la relation entre la structure et la fonction chez les ARNs, ainsi que pour mieux comprendre le mécanisme de clivage de ce ribozyme. Il a été proposé précédemment que la boucle interne A730 dans la tige-boucle VI (SLVI) contient le site actif du ribozyme et lie un ou plusieurs ions métalliques qui pourraient participer au mécanisme réactionnel. Nous avons déterminé par spectroscopie RMN la structure de la tige-boucle SLVI contenant la boucle A730 afin d’éclaircir ce mécanisme. La structure obtenue est en accord avec les études biochimiques antérieures et présente un ou plusieurs sites de liaison au magnésium associé à la boucle interne. Suite à des études de cinétique et de mutagenèse, il a été proposé qu’une adénine localisée dans le site actif, A756, participe à la catalyse par acide/base générale. Des études de pH effectuées précédemment ont identifié un pKa catalytique (5.2-5.8) qui correspond probablement à l’équilibre de protonation du A756. À l’aide de méthodes utilisant le carbone-13, nous avons identifié un pKa modifié appartenant au A756, ce qui supporte le rôle de ce résidu dans la catalyse par acide/base générale. Les études structurales présentées ici aident donc à augmenter notre compréhension du mécanisme de clivage chez le ribozyme VS.

Nouvelles stratégies d’imageries afin de faciliter l’étude des interactions entre les récepteurs couplés aux protéines G

L’étude de l’assemblage et de l’acheminement à la membrane plasmique des complexes de signalisation des RCPGs va jouer un rôle crucial dans le développement de nouveaux médicaments ayant moins d’effets secondaires. Des outils permettant l’étude de ces phénomènes existent déjà, mais un outil polyvalent qui permettrait d’étudier plusieurs aspects pourrait grandement faciliter et accélérer ces études. L’étiquette SNAP est un candidat intéressant puisqu’avec cette étiquette il est possible de marquer une seule construction avec une variété de différents substrats. Une construction encodant pour le récepteur β2AR avec une étiquette SNAP à son extrémité C-terminale a été ingénérée. Cette construction est apte à lier son ligand, à être acheminée à la membrane plasmique et à homodimériser. La protéine exprimée a été marquée avec le fluorophore BG-430. De la fluorescence non spécifique a été détectée dans la cellule (même en absence de l’étiquette SNAP sur le récepteur). Un essai BRET a été développé, utilisant la construction HA-β2AR-SNAP en tant qu’accepteur et est fonctionnel. L’étiquette SNAP, comme utilisée ici, ne présente pas un aussi bon candidat qu’attendu, puisque le substrat n’ayant pas réagi demeure coincé dans la cellule. Le facteur activateur de plaquette (PAF) et son récepteur (PAFR) jouent un rôle critique dans plusieurs réponses inflammatoires et le récepteur FP est impliqué dans l’accouchement prématuré. Une meilleure compréhension des complexes de signalisation associés à ces récepteurs pourrait être la première étape dans la compréhension de leur signalisation dans des situations normales ou de maladies. Des expériences de BRET étudiant des interactions de bases entre les récepteurs et leurs partenaires d’interactions connus ont été réalisées. Elles ont permis de déterminer que : les récepteurs PAF et FP homodimérisent, que les récepteurs PAF et FP hétérodimérisent, que les protéines Gβγ interagissent de manière constitutive avec ces récepteurs et qu’aucun signal de BRET n’a été détecté avec la protéine Gα et ce, en présence ou en absence de stimulation par un agoniste (suggérant qu’il est nécessaire d’optimiser le système présentement utilisé).

Caractérisation de la sous-unité bêta du translocon chez la levure Schizosaccharomyces pombe

La sécrétion des protéines est un processus essentiel à la vie. Chez les eucaryotes, les protéines sécrétées transitent dans le réticulum endoplasmique par le pore de translocation. Le translocon est composé de trois sous-unités fondamentales nommées Sec61α, β et γ chez les mammifères, ou Sec61p, Sbh1p et Sss1p chez les levures. Tandis que le rôle des sous-unités α et γ est bien connu, celui de la sous-unité β demeure énigmatique. Plusieurs phénotypes distincts sont associés à cette protéine dans différents organismes, mais le haut niveau de conservation de séquence suggère plutôt une fonction universelle conservée. Récemment, Feng et al. (2007) ont montré que le domaine transmembranaire (TMD) de Sbh1p était suffisant pour complémenter plusieurs phénotypes associés à la délétion du gène chez Saccharomyces cerevisiae, suggérant un rôle important de cette région. L’objectif de mon projet de recherche consiste à étudier la fonction biologique de la sous-unité β du translocon et de son TMD chez Schizosaccharomyces pombe. Dans cette levure, j’ai découvert que le gène sbh1+ n’était pas essentiel à la viabilité à 30oC, mais qu’il était requis pour la croissance à basse température. La délétion de sbh1+ entraîne une sensibilité aux stress de la paroi cellulaire et une diminution de la sécrétion des protéines à 23oC. La surexpression de Sbh1p diminue elle aussi la sécrétion des protéines et altère la morphologie cellulaire. Ces phénotypes sont distincts de ceux observés chez S. cerevisiae, où la délétion des deux paralogues de Sec61β entraîne une sensibilité à haute température plutôt qu’à basse température. Malgré cela, les homologues de Sec61β de S. pombe et de S. cerevisiae sont tout deux capables de complémenter la thermosensibilité respective de chaque levure. La complémentation est possible même avec l’homologue humain de Sec61β, indiquant la conservation d’une fonction de Sec61β de la levure à l’homme. Remarquablement, le TMD de Sec61β de S. pombe, de S. cerevisiae et de l’humain sont suffisants pour complémenter la délétion génomique autant chez la levure à fission que chez la levure à bourgeons. Globalement, ces observations indiquent que le TMD de Sec61β exerce une fonction cellulaire conservée à travers les espèces.

Directed evolution of human dihydrofolate reductase: towards a better understanding of binding at the active site

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire, ce qui en fait une cible de choix pour le traitement de différents cancers. À cet effet, plusieurs inhibiteurs spécifiques de la DHFRh, les antifolates, ont été mis au point : le méthotrexate (MTX) et le pemetrexed (PMTX) en sont de bons exemples. Malgré l’efficacité clinique certaine de ces antifolates, le développement de nouveaux traitements s’avère nécessaire afin de réduire les effets secondaires liés à leur utilisation. Enfin, dans l’optique d’orienter la synthèse de nouveaux composés inhibiteurs des DHFRh, une meilleure connaissance des interactions entre les antifolates et leur enzyme cible est primordiale. À l’aide de l’évolution dirigée, il a été possible d’identifier des mutants de la DHFRh pour lesquels l’affinité envers des antifolates cliniquement actifs se voyait modifiée. La mutagenèse dite ¬¬de saturation a été utilisée afin de générer des banques de mutants présentant une diversité génétique au niveau des résidus du site actif de l’enzyme d’intérêt. De plus, une nouvelle méthode de criblage a été mise au point, laquelle s’est avérée efficace pour départager les mutations ayant entrainé une résistance aux antifolates et/ou un maintient de l’activité enzymatique envers son substrat natif, soient les phénotypes d’activité. La méthode de criblage consiste dans un premier temps en une sélection bactérienne à haut débit, puis dans un second temps en un criblage sur plaques permettant d’identifier les meilleurs candidats. Plusieurs mutants actifs de la DHFRh, résistants aux antifolates, ont ainsi pu être identifiés et caractérisés lors d’études de cinétique enzymatique (kcat et IC50). Sur la base de ces résultats cinétiques, de la modélisation moléculaire et des données structurales de la littérature, une étude structure-activité a été effectuée. En regardant quelles mutations ont les effets les plus significatif sur la liaison, nous avons commencé à construire un carte moléculaire des contacts impliqués dans la liaison des ligands. Enfin, des connaissances supplémentaires sur les propriétés spécifiques de liaison ont put être acquises en variant l’inhibiteur testé, permettant ainsi une meilleure compréhension du phénomène de discrimination du ligand.