Ox-LDL increases OX40L in endothelial cells through a LOX-1-dependent mechanism

Oxidative low-density lipoprotein (Ox-LDL) is a key risk factor for the development of atherosclerosis, and it can stimulate the expression of a variety of inflammatory signals. As a new and highly sensitive inflammation index, OX40L may be a key to understanding the mechanisms that regulate interactions between cells within the vessel wall and inflammatory mediators during the development of atherosclerosis. To investigate whether Ox-LDL regulates OX40L expression through an oxidized LDL-1 receptor (LOX-1)-mediated mechanism, we investigated the effect of different concentrations of Ox-LDL (50, 100, 150 µg/mL) on endothelial cell proliferation and apoptosis. Stimulation with Ox-LDL increased OX40L protein 1.44-fold and mRNA 4.0-fold in endothelial cells, and these effects were inhibited by blocking LOX-1. These results indicate that LOX-1 plays an important role in the chronic inflammatory process in blood vessel walls. Inhibiting LOX-1 may reduce blood vessel inflammation and provide a therapeutic option to limit atherosclerosis progression.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Characterization of the lipoxygenase (LOX) gene family in the Chinese white pear (Pyrus bretschneideri) and comparison with other members of the Rosaceae

Background Lipoxygenases (LOXs), a type of non-haem iron-containing dioxygenase, are ubiquitous enzymes in plants and participate in the formation of fruit aroma which is a very important aspect of fruit quality. Amongst the various aroma volatiles, saturated and unsaturated alcohols and aldehydes provide the characteristic aroma of the fruit. These compounds are formed from unsaturated fatty acids through oxidation, pyrolysis and reduction steps. This biosynthetic pathway involves at least four enzymes, including LOX, the enzyme responsible for lipid oxidation. Although some studies have been conducted on the LOX gene family in several species including Arabidopsis, soybean, cucumber and apple, there is no information from pear; and the evolutionary history of this gene family in the Rosaceae is still not resolved. Results In this study we identified 107 LOX homologous genes from five Rosaceous species (Pyrus bretschneideri, Malus × domestica, Fragaria vesca, Prunus mume and Prunus persica); 23 of these sequences were from pear. By using structure analysis, phylogenic analysis and collinearity analysis, we identified variation in gene structure and revealed the phylogenetic evolutionary relationship of this gene family. Expression of certain pear LOX genes during fruit development was verified by analysis of transcriptome data. Conclusions 23 LOX genes were identified in pear and these genes were found to have undergone a duplication 30–45 MYA; most of these 23 genes are functional. Specific gene duplication was found on chromosome4 in the pear genome. Useful information was provided for future research on the evolutionary history and transgenic research on LOX genes.

Untersuchungen zu COX/LOX-Inhibitoren mit Hydroxylradikalfängereigenschaften – Synthese, Testung und Modelling

In der vorliegenden Arbeit werden 52 Verbindungen beschrieben, welche auf COX/LOX-Inhibition mit zusätzlichen Hydroxylradikalfängereigenschaften getestet worden sind. rnEs war möglich eine neue Synthesestrategie für noch nicht beschriebene 4,5-Diarylisoselenazole zu entwickeln und eine vorhandene Synthese für Isothiazoliumchloride von zwei Stufen, mit mäßigen Ausbeuten, auf eine Stufe, mit hoher Ausbeute, zu verkürzen.rnEs wurden mehrere COX-Inhibitoren identifiziert. MSD4a, MSD4h, MSD5a und MSD5h konnten als COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Hemmer identifiziert werden. Besonders hervorzuheben ist die Verbindung MSD5h, die zusätzlich zur COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Inhibition eine leichte Hemmung im Hydroxylradikalfänger-Assay zeigt, für die ein clog P-Wert von 2,65 berechnet wurde und die im XTT-Zytotoxizitätstestsystem, selbst bei einer Konzentration von 100 µM, kaum toxische Eigenschaften besitzt.rnWeiterhin war es möglich zu zeigen, dass Carbonsäuren gute Hydroxylradikalfängereigenschaften in unserem, auf der Fenton-Reaktion basierenden, Testsystem haben. Die Potenz der Carbonsäuren MSD8b und MSD11j im Vergleich zu den unwirksamen korrespondierenden Ester MSD8a und MSD11i führte zu Untersuchungen mit weiteren Carbonsäuren und deren Ester. Um den Wirkungsmechanismus zu erforschen wurde das Testsystem modifiziert, um eine Komplexierung der Eisenionen durch die Carbonsäuren auszuschließen. An Hand der Substanzen MSD8b und MSD11j wurde nachgewiesen, dass diese mit dem Hydroxylradikal reagieren, ohne zu decarboxylieren oder andere Zerfallsreaktionen einzugehen.rnZusätzlich zu den Untersuchungen der Enzym-Inhibition sowie des Hydroxylradikal-Scavenings wurden Molecular Modelling Studien durchgeführt. Die Ergebnisse der Dockingstudien in COX-1- (1eqg), COX-2- (1cx2) und in COX-1 mutierte COX-2-Kristallstrukturen (1cx2) führen zu einer kritischen Bewertung des folgenden Ansatzes: Es ist nicht unbedingt sinnvoll zuerst Strukturen mit dem Computer zu entwerfen und zu modeln und sie erst dann zu synthetisieren und in Enzym- oder Zellassays zu testen. Die Begründung dafür liegt in der Schwierigkeit einschätzen zu können, wie nah das gewählte Modell der Wirklichkeit ist. In den durchgeführten Dockingstudien konnte der sehr große Einfluss des kokristallisierten Liganden in der als Grundlage dienenden Kristallstruktur auf die Dockingergebnisse gezeigt werden. Durch einen zu kleinen kokristallisierten Liganden in der COX-1-Bindungstasche wurden als Ergebnis der Dockingstudie alle Verbindungen als nicht potent eingestuft, obwohl diese zum Teil im Enzymtestsystem wirksam waren. Dies konnte mit den Mutationsversuchen ausgeglichen werden. rnDeshalb kann man aus diesen Ergebnissen als Fazit ziehen, dass eine Strategie, Strukturen zu synthetisieren, in vitro zu testen und dabei die Strukturentwicklung mit Molecular Modelling Studien zu unterstützen, die Methode der Wahl darstellt.rn

Synthese und Testung von COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Inhibitoren zur topischen Anwendung

Das Ziel der Dissertation war die Synthese und pharmakologische Charakterisierung von COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Inhibitoren, die zur Behandlung entzündlicher Dermatosen für die topische Anwendung geeignet sein sollten. Hierfür wurden zwei Strukturklassen - die sogenannten Imidazothiazole und die Chalcone-Derivate - entworfen und synthetisiert sowie in verschiedenen in vitro-Testsystemen auf ihre pharmakologische Wirksamkeit untersucht. rnDie Leitsubstanz der ersten Strukturklasse wurde in Anlehnung an die Struktur von Licofelon entworfen. Licofelon ist ein dualer COX/LOX-Inhibitor, der für die Indikation Osteoarthritis eingesetzt werden soll. Durch den Austausch einzelner Substituenten an den Phenylringen wurde die Leitstruktur schrittweise verändert, um die Wirksamkeit zu optimieren. Die Substituentenvariation erfolgte anhand des sogenannten Topliss-Schemas. Bei der zweiten Substanzklasse wurde durch Kombination zweier antiinflammatorisch wirksamer Molekülgruppen - mit dem Ziel eines synergistischen Effekts - eine Grundstruktur entwickelt, die zur Optimierung der Wirksamkeit derivatisiert wurde. Als Komponenten dienten 4,5-Bis(4-methoxyphenyl)-1H-imidazol-2-thiol (Z11) und ein Chalcon. Z11 ist sowohl in der Literatur als auch in vorangegangen Arbeiten des Arbeitskreises als dualer COX/LOX-Inhibitor beschrieben. Chalcone besitzen eine 1,3-Diphenylpropenon-Partialstruktur und können über einen der beiden Phenylringe mit Z11 verknüpft werden. In der Literatur wurde vielfach über die vielfältigen pharmakologischen Eigenschaften der Chalcone berichtet; im Rahmen dieser Arbeit stand deren antiinflammatorische Eigenschaft im Vordergrund. rnZur Beurteilung der Effektivität und Toxizität der Substanzen wurden diese anschließend pharmakologisch charakterisiert werden. Hierfür standen verschiedene in vitro-Testsysteme zur Verfügung, die Aufschluss über die COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Inhibition der synthetisierten Substanzen gaben. Des Weiteren wurden die Substanzen auf eine mögliche inhibitorische Aktivität gegenüber TNF- untersucht. Da die Entwicklung der Testverbindungen mit dem Ziel der topischen Anwendung erfolgte, wurde eine log P-Wert-Bestimmung durchgeführt, um eine Aussage über die Lipophilie der Verbindungen treffen zu können.rn

Silencing OsHI-LOX makes rice more susceptible to chewing herbivores, but enhances resistance to a phloem feeder

The jasmonic acid (JA) pathway plays a central role in plant defense responses against insects. Some phloem-feeding insects also induce the salicylic acid (SA) pathway, thereby suppressing the plant’s JA response. These phenomena have been well studied in dicotyledonous plants, but little is known about them in monocotyledons. We cloned a chloroplast-localized type 2 13-lipoxygenase gene of rice, OsHI-LOX, whose transcripts were up-regulated in response to feeding by the rice striped stem borer (SSB) Chilo suppressalis and the rice brown planthopper (BPH) Niaparvata lugens, as well as by mechanical wounding and treatment with JA. Antisense expression of OsHI-LOX (as-lox) reduced SSB- or BPH-induced JA and trypsin protease inhibitor (TrypPI) levels, improved the larval performance of SBB as well as that of the rice leaf folder (LF) Cnaphalocrocis medinalis, and increased the damage caused by SSB and LF larvae. In contrast, BPH, a phloem-feeding herbivore, showed a preference for settling and ovipositing on WT plants, on which they consumed more and survived better than on as-lox plants. The enhanced resistance of as-lox plants to BPH infestation correlated with higher levels of BPH-induced H2O2 and SA, as well as with increased hypersensitive response-like cell death. These results imply that OsHI-LOX is involved in herbivore-induced JA biosynthesis, and plays contrasting roles in controlling rice resistance to chewing and phloem-feeding herbivores. The observation that suppression of JA activity results in increased resistance to an insect indicates that revision of the generalized plant defense models in monocotyledons is required, and may help develop novel strategies to protect rice against insect pests.

Inhibition of COXs and 5-LOX and activation of PPARs by Australian Clematis species (Ranunculaceae)

The species of Clematis (Ranunculaceae) have been traditionally used for inflammatory conditions by indigenous Australians. We have previously reported that the ethanol extract of Clematis pickeringii inhibited COX-1. In this study, we examined the ethanol extracts and fractions of three Clematis species, Clematis pickeringii, Clematis glycinoides and Clematis microphylla, on cyclooxygenase-1 (COX-1), cyclooxygenase-2 (COX-2) and 5-lipoxygenase (5-LOX). We further examined the activating effects on the protein expression of peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPAR alpha) and gamma (PPAR-gamma) in HepG2 cells. The ethanol extracts of three Clematis species inhibited the activities of COX-1, COX-2 and 5-LOX in the different extents. The stem extract of Clematis pickeringii showed the highest inhibitory activities among the three species on COX-1, COX-2 and 5-LOX with the IC50 values of 73.5, 101.2 and 29.3 mu g/mL. One of its fractions also significantly elevated PPAR gamma expression by 173, 280 and 435% and PPAR gamma expression by 140, 228 and 296% at 4, 8 and 16 mu g/mL, respectively. (c) 2005 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Regulation of lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) : relevance to diabetic vasculopathy

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Regulation of lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) : relevance to diabetic vasculopathy

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Poly (A)(+) Transcriptome Assessment of ERBB2-Induced Alterations in Breast Cell Lines

We report the first quantitative and qualitative analysis of the poly (A)(+) transcriptome of two human mammary cell lines, differentially expressing (human epidermal growth factor receptor) an oncogene over-expressed in approximately 25% of human breast tumors. Full-length cDNA populations from the two cell lines were digested enzymatically, individually tagged according to a customized method for library construction, and simultaneously sequenced by the use of the Titanium 454-Roche-platform. Comprehensive bioinformatics analysis followed by experimental validation confirmed novel genes, splicing variants, single nucleotide polymorphisms, and gene fusions indicated by RNA-seq data from both samples. Moreover, comparative analysis showed enrichment in alternative events, especially in the exon usage category, in ERBB2 over-expressing cells, data indicating regulation of alternative splicing mediated by the oncogene. Alterations in expression levels of genes, such as LOX, ATP5L, GALNT3, and MME revealed by large-scale sequencing were confirmed between cell lines as well as in tumor specimens with different ERBB2 backgrounds. This approach was shown to be suitable for structural, quantitative, and qualitative assessment of complex transcriptomes and revealed new events mediated by ERBB2 overexpression, in addition to potential molecular targets for breast cancer that are driven by this oncogene.

Expression of an activating mutation in the gene encoding the K(ATP) channel subunit Kir6.2 in mouse pancreatic beta cells recapitulates neonatal diabetes

Neonatal diabetes is a rare monogenic form of diabetes that usually presents within the first six months of life. It is commonly caused by gain-of-function mutations in the genes encoding the Kir6.2 and SUR1 subunits of the plasmalemmal ATP-sensitive K(+) (K(ATP)) channel. To better understand this disease, we generated a mouse expressing a Kir6.2 mutation (V59M) that causes neonatal diabetes in humans and we used Cre-lox technology to express the mutation specifically in pancreatic beta cells. These beta-V59M mice developed severe diabetes soon after birth, and by 5 weeks of age, blood glucose levels were markedly increased and insulin was undetectable. Islets isolated from beta-V59M mice secreted substantially less insulin and showed a smaller increase in intracellular calcium in response to glucose. This was due to a reduced sensitivity of K(ATP) channels in pancreatic beta cells to inhibition by ATP or glucose. In contrast, the sulfonylurea tolbutamide, a specific blocker of K(ATP) channels, closed K(ATP) channels, elevated intracellular calcium levels, and stimulated insulin release in beta-V59M beta cells, indicating that events downstream of K(ATP) channel closure remained intact. Expression of the V59M Kir6.2 mutation in pancreatic beta cells alone is thus sufficient to recapitulate the neonatal diabetes observed in humans. beta-V59M islets also displayed a reduced percentage of beta cells, abnormal morphology, lower insulin content, and decreased expression of Kir6.2, SUR1, and insulin mRNA. All these changes are expected to contribute to the diabetes of beta-V59M mice. Their cause requires further investigation.

Synergism between lipoxygenase-active soybean flour and ascorbic acid on rheological and sensory properties of wheat bread

BACKGROUND: The interaction between lipoxygenase-active soybean flour (LOX) and ascorbic acid (AA), on colour, rheological and sensory properties of wheat bread was studied with the aim of reducing the applied quantity of additives in bread formulations. RESULTS: The ascorbic acid (0-500 ppm) and active soybean flour (0-1%) mixture improved bread-crumb colour by lowering the yellow hue in a higher proportion than those expressed by the components alone, characterising a synergistic mechanism ((y) over cap (b) = 15.1- (1.7 x LOX) - (0.5 x AA) - (5.8 x LOX x AA), where : (y) over cap (b) represent the estimated value for the yellow hue parameter). No differences in flavour and porosity were seen between the samples. As supported by the instrumental methods, breads made with active soybean flour and ascorbic acid (LOX + AA) had whiter crumbs and were softer and springier than controls as assessed by a trained sensory panel. In summary, the combination of both active soybean flour and ascorbic acid showed synergism, promoting a greater bleaching effect than when used alone. CONCLUSION: These results suggest the potential use of active soybean flour as a synergistic ingredient in the substitution of artificial additives in bread making. Since the interaction on the bleaching response was not linear and active soybean flour showed a higher iron concentration (66.40 +/- 4.23 mu g g(-1)) than non-active soybean flour (52.30 +/- 0.40 mu g g(-1)), more studies are warranted to establish the biochemical mechanisms involved in this interaction. (c) 2007 Society of Chemical Industry.

ATP-induced apoptosis involves a Ca(2+)-independent phospholipase A(2) and 5-lipoxygenase in macrophages

Macrophages express P2X(7) and other nucleotide (P2) receptors, and display the phenomena of extracellular ATP (ATP(e))-induced P2X(7)-dependent membrane permeabilization and cell death by apoptosis and necrosis. P2X7 receptors also cooperate with toll-like receptors (TLRs) to induce inflammasome activation and IL-1 beta secretion. We investigated signaling pathways involved in the induction of cell death by ATP, in intraperitoneal murine macrophages. Apoptosis (hypodiploid nuclei) and necrosis (LDH release) were detected 6 h after an induction period of 20 min in the presence of ATP Apoptosis was blocked by caspase 3 and caspase 9 inhibitors and by cyclosporin A. The MAPK inhibitors PD-98059, SB-203580 and SB-202190 provoked no significant effect oil apoptosis, but SB-203580 blocked LDH release. Neither apoptosis nor necrosis was inhibited when both intra- and extracellular Ca(2+) were chelated during the induction period. Mepacrine, a generic PLA(2) inhibitor and BEL, an inhibitor of Ca(2+)-independent PLA(2) (iPLA(2)) blocked apoptosis, while pBPB and AACOOPF(3). inhibitors of secretory and Ca(2+)-dependent PLA(2) respectively, had no significant effect. Cycloxygenase inhibitors had no effect on apoptosis, while the inhibitors of lipoxygenase (LOX) and leukotriene biosynthesis nordihydroguaiaretic acid (NDGA), zileuton, AA-861, and MK-886 significantly decreased apoptosis. Neither NDGA nor MK-886 blocked apoptosis of 5-LOX(-/-) macrophages. CP-105696 and MK-571, antagonists of leukotriene receptors, had no significant effect on apoptosis. None of the inhibitors of PLA(2) and LOX/leukotriene pathway had a significant inhibitory effect on LDH release. Our results indicate that a Ca(2+) -independent step involving an iPLA(2) and 5-LOX are involved in the triggering of apoptosis but not necrosis by P2X7 in macrophages. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Expression of cyclooxygenase enzymes and prostaglandin E2 receptors in inflammatory airway diseases

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina