Étude de la modulation de l'activité et de l'expression de la NADPH-réductase par la réaction inflammatoire

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Influence du chondroïtine sulfate (CS) sur l’activité et l’expression de plusieurs isoformes du cytochrome P450 et de la NADPH P450 réductase

Le CS fait partie de la famille des SYSADOA (SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis) et est utilisé par les patients avec de l’ostéoarthrose de façon chronique pour ses propriétés anti-inflammatoires. Étant donné que ces patients reçoivent d’autres médicaments, il était intéressant de documenter les effets du CS sur le cytochrome P450 et la NADPH-réductase (NADPH). Pour cette étude, deux modèles ont été utilisés: des lapins témoins (LT) et des lapins avec une réaction inflammatoire (LRI) afin de diminuer l’activité et l’expression du CYP. Six groupes contenant chacun cinq lapins ont été utilisés: un groupe sans CS et deux groupes qui ont pris oralement dans l’eau approximativement 20.5 mg/kg/jour de CS pendant 20 et 30 jours; les lapins des trois groupes restants ont pris du CS comme décrit plus haut, mais ont reçu 5 ml sous-cutanées de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique (RIA) deux jours avant leur sacrifice, c’est-à-dire aux jours -2, 18 et 28. Les hépatocytes ont été isolés pour évaluer l’activité et l’expression du CYP3A6, CYP1A2 et NADPH et aussi le ARNm de ces protéines. In vitro, nous avons étudié l’effet de différentes concentrations de CS-disaccharides sulfatés, 4S, 6S, et 4,6S de CS, sur l’activité et l’expression du CYP1A2 et du CYP3A6. Pour documenter la présence de la réaction inflammatoire, nous avons mesure les mucoprotéines, dans le sérum des lapins avec une réaction inflammatoire. Aussi nous avons mesuré la présence de l’oxide nitrique (NO) chez les hépatocytes de lapins contrôles et chez les hépatocytes des lapins avec une réaction inflammatoire. La translocation nucléaire du NF-κB a été etudiée par fluorescence chez les hépatocytes. Par comparaison aux lapins témoins, l’administration du CS pendant 20 et 30 jours n’affecte pas l’activité du CYP3A6 et du CYP1A2. La RIA a augmenté les mucoprotéines à 95,1±5,7 vs 8,4±1,6 mg/dl dans les lapins témoins (p<0,05). La RIA a diminué l’activité du CYP3A6 de 62% et l’activité du CYP 1A2 de 54%. Le CS n’empêché pas la diminution du CYP1A2 produite par la RIA. Par ailleurs, le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression de la NADPH. La translocation nucléaire de NF-κB a été empêche par l’administration chronique de CS aux lapins avec RIA; en plus, la concentration de l’oxide nitrique n’a pas démontré une augmentation en présence de CS; par contre, CS n’empêche pas l’augmentation des séromucoïdes. Au contraire, CS affecte la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA. Dans ce group, CS a rétabli le niveau des protéines du CYP3A6 observé dans le group de lapins témoins. Pourtant cette croissance été independante de mRNA qui garde un niveau trés bas. Le plus remarcable a été la manière dont CS a augmenté la protéine du CYP3A6, sans avoir rétabli l’activité de cet isoforme. Finalement, in vitro, CS et ses trois disaccharides sulfatés (4S, 6S et 4,6S) n’affectent ni l’activité ni l’expression de CYP1A2, CYP3A6 et de la NADPH. En conclusion, l’administration chronique de CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du CYP1A2, ou la diminution du CYP1A2 produite par la réaction inflammatoire. Le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du NADPH. Cependant, CS empêche la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA.

Modulation de l'expression et de l'activité de la NADPH P450 réductase chez le lapin.

L’activité catalytique du cytochrome P450 dépend de la disponibilité d’électrons produits par la NADPH P450 réductase (NPR). Notre étude a pour but de déterminer comment l’expression de la NPR est modulée chez le lapin. Afin de comprendre comment l’expression de la NPR est modulée, des hépatocytes de lapins témoins ont été incubés pendant 2, 4, 24 et 48 heures en présence de plusieurs activateurs de facteurs de transcription connus du cytochrome P450. De plus, des lapins ayant reçu une injection sous-cutanée de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique sont sacrifiés 48 heures plus tard dans le but d’étudier les effets de l’inflammation sur l’expression de la NPR. La rosiglitazone, le fénofibrate, l’acétate de plomb et le chlorure de cobalt (des inducteurs des PPAR, PPAR, AP-1 et HIF-1), après 48 heures d’incubation, n’ont provoqué aucun changement d’expression ou d’activité de la NPR. Après 48 heures d’incubation, la dexaméthasone (Dexa) a augmenté la quantité d’ARNm (QT-PCR), l’expression et l’activité de la NPR (p<0,05), en plus d’augmenter l’ARNm des récepteurs nucléaires CAR (récepteur constitutif à l’androstane) et PXR (récepteur X prégnane) (p<0.05). Le phénobarbital (PB) a augmenté seulement l’activité de la NPR (p<0.05). Par contre, après 48 heures d’incubation, la combinaison PB et Dexa a augmenté la quantité d’ARNm, ainsi que l’expression et l’activité de la NPR (p<0.05). La combinaison de PB et Dexa a induit une augmentation d’ARNm des récepteurs nucléaires CAR, PXR et RXR (récepteur X du rétinoïde) plus précocement, soit après 2 heures d’incubation (p<0.05). Le PD098059 (PD), un bloqueur de l’activation de MAPK1 (mitogen-activated protein kinase), et l’acide okadaïque (OA), un inhibiteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A), ont bloqué l'augmentation d'expression et d'activité de la NPR induite par le PB après 48 heures d’incubation. La réaction inflammatoire aseptique a diminué l’expression et l’activité de la NPR après 48 heures d’incubation (p<0.05). On conclue que la dexaméthasone et le phénobarbital sont des inducteurs potentiels de la NPR et que les voies de signalisation de CAR, PXR et RXR semblent être impliquées dans le contrôle de cette induction. Des études supplémentaires devront être complétées afin de confirmer ces résultats préliminaires.

La dihydrofolate réductase R67, comme une cible d’antibiotiques et biocatalyseur potentiel

La dihyrofolate réductase de type II R67 (DHFR R67) est une enzyme bactérienne encodée par un plasmide donc aisément transmissible. Elle catalyse la réaction de réduction du dihydrofolate (DHF) en tétrahydrofolate (THFA) essentiel pour la prolifération cellulaire. La DHFR R67 est une enzyme qui dépend du cofacteur NADPH. La DHFR R67 est différente, structurellement et génétiquement, de l’enzyme DHFR chromosomale présente chez tous les organismes et elle est résistante au triméthoprime (TMP) qui est largement utilisé dans les traitements antibactériens chez l’Homme. Aucun inhibiteur sélectif contre la DHFR R67 n’est actuellement répertorié. Le but de cette étude a été d’identifier des molécules qui pourront inhiber la DHFR R67 sélectivement, sans affecter la DHFR humaine (DHFRh). La vérification de la qualité des essais enzymatiques en conditions déterminées pour le criblage d’inhibiteurs sur plusieurs lectrices à plaques a identifié des appareils appropriés pour l’analyse. L’étude de l’activité enzymatique de la DHFR R67 et de la DHFRh en présence des solvants organiques et liquides ioniques (LIs), comme des co-solvants pour le criblage rationnel d’inhibiteurs, a montré que certains LIs peuvent servir de milieu alternatif pour les essais enzymatiques. Le criblage rationnel basé sur l’approche du design d’un inhibiteur à partir de petites molécules, a révélé des molécules primaires qui inhibent la DHFR R67 de façon faible, mais sélective. Le test des composés biologiquement actifs qui comprennent des petits fragments, a montré l’augmentation de l’affinité entre la DHFR R67 et les composés testés. Trois composés ont été déterminés comme des inhibiteurs sélectifs prometteurs pour la DHFR R67.

Differential expression of NADPH-diaphorase between electrophysiologically-defined classes of pyramidal neurons in rat ventral subiculum, in vitro

The subiculum is the major output region of the hippocampal formation. We have studied pyramidal neurons in slices of rat ventral subiculum to determine if there is a correlation between nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-diaphorase (NADPH-d) activity and electrophysiological phenotype. The majority of NADPH-d-positive pyramidal neurons were found in the superficial cell layer (i.e. nearest to the hippocampal fissure) of the subiculum and appreciable NADPH-d activity was absent from pyramidal neurons in area CA1. This distribution of NADPH-d activity was mimicked by that of immunoreactivity for the neuronal isoform of nitric oxide synthase. Subicular pyramidal neurons were classified, electrophysiologically, as intrinsically burst-firing or regular spiking. After electrophysiological characterization, neurons were filled with Neurobiotin and revealed using fluorescence immunocytochemistry. The slices containing these neurons were also processed for NADPH-d. NADPH-d activity was found in six out of eight regular spiking neurons but was not found in any of 13 intrinsically burst-firing neurons (P=0.0008, Fisher's Exact Test). We conclude that in rat ventral subiculum, NADPH-d activity is present in a proportion of pyramidal neurons and indicates the presence of the neuronal isoform of nitric oxide synthase. Furthermore, amongst pyramidal neurons, NADPH-d activity is distributed preferentially to those with the regular spiking phenotype. The distribution of regular spiking neurons suggests that they may not be present to the same extent in all subicular output pathways. Thus, the actions of nitric oxide may be relatively specific to particular hippocampal connections.

A light and electron microscopic study of NADPH-diaphorase-,calretinin- and parvalbumin-containing neurons in the rat nucleus accumbens

The rat nucleus accumbens contains medium-sized, spiny projection neurons and intrinsic, local circuit neurons, or interneurons. Sub-classes of interneurons, revealed by calretinin (CR) or parvalbumin (PV) immunoreactivity or reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH)-diaphorase histochemistry, were compared in the nucleus accumbens core, shell and rostral pole. CR, PV and NADPH-diaphorase-containing neurons are shown to form three non-co-localising populations in these three areas. No significant differences in neuronal population densities were found between the subterritories. NADPH-diaphorase-containing neurons could be further separated morphologically into three sub-groups, but CR- and PV-immunoreactive neurons form homogeneous populations. Ultrastructurally, NADPH-diaphorase-, CR- and PV-containing neurons in the nucleus accumbens all possess nuclear indentations. These are deeper and fewer in neurons immunoreactive for PV than in CR- and NADPH-diaphorase-containing neurons. CR-immunoreactive boutons form asymmetrical and symmetrical synaptic specialisations on spines, dendrites and somata, while PV-immunoreactive boutons make only symmetrical synaptic specialisations. Both CR- and PV-immunoreactive boutons form symmetrical synaptic specialisations with medium-sized spiny neurons and contact other CR- and PV-immunoreactive somata, respectively. A novel non-carcinogenic substrate for the peroxidase reaction (Vector Slate Grey, SG) was found to be characteristically electron-dense and may be distinguishable from the diaminobenzidine reaction product. We conclude that the three markers used in this study are localised in distinct populations of nucleus accumbens interneurons. Our studies of their synaptic connections contribute to an increased understanding of the intrinsic circuitry of this area.

NADPH oxidases as regulators of tumor angiogenesis : current and emerging concepts

Significance Reactive oxygen species (ROS) such as superoxide, hydrogen peroxide, and peroxynitrite are generated ubiquitously by all mammalian cells and have been understood for many decades as inflicting cell damage and as causing cancer by oxidation and nitration of macromolecules, including DNA, RNA, proteins, and lipids. Recent Advances A current concept suggests that ROS can also promote cell signaling pathways triggered by growth factors and transcription factors that ultimately regulate cell proliferation, differentiation, and apoptosis, all of which are important hallmarks of tumor cell proliferation and angiogenesis. Moreover, an emerging concept indicates that ROS regulate the functions of immune cells that infiltrate the tumor environment and stimulate angiogenesis, such as macrophages and specific regulatory T cells. Critical Issues In this article, we highlight that the NADPH oxidase family of ROS-generating enzymes are the key sources of ROS and, thus, play an important role in redox signaling within tumor, endothelial, and immune cells thereby promoting tumor angiogenesis. Future Directions Knowledge of these intricate ROS signaling pathways and identification of the culprit NADPH oxidases is likely to reveal novel therapeutic opportunities to prevent angiogenesis that occurs during cancer and which is responsible for the revascularization after current antiangiogenic treatment.

Anthranilate Hydroxylase from Aspergillus niger: New Type of NADPH-Linked Nonheme Iron Monooxygenase

Anthranilate hydroxylase from Aspergillus niger catalyzes the oxidative deamination and dihydroxylation of anthranilic acid to 2,3-dihydroxybenzoic acid. This enzyme has been purified to homogeneity and has a molecular weight of 89,000. The enzyme is composed of two subunits of 42,000 with 2 gram-atoms of nonheme iron per mol. Fe2+-chelators like alpha,alpha'-dipyridyl and o-phenanthroline are potent inhibitors of the enzyme activity. Absorption and fluorescence spectra of the enzyme offer no evidence for the presence of other cofactors like flavin. Flavins and flavin-specific inhibitors like atebrin have no effect on the activity of the enzyme. The enzyme incorporates one atom of oxygen each from 18O2 and H218O into the product 2,3-dihydroxybenzoic acid. Based on these studies, it is concluded that anthranilate hydroxylase from A. niger is a new type of NADPH-linked nonheme iron monooxygenase.

Efeitos da hipóxia-isquemia perinatal sobre o comportamento motor, distribuição da Tirosina Hidroxilase na substância negra e da NADPH diaforase no hipocampo durante o desenvolvimento em ratos

A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento.

Modulação redox da homeostase de células musculares lisas através de estimuladores do sistema NADPH oxidase

As doenças cardiovasculares representam a principal causa de morte nos países ocidentais. Dentre essas doenças, a aterosclerose é que mais se destaca, sendo caracterizada pelo acúmulo de células musculares lisas vasculares (CMLV). O efeito patológico das CMLV em resposta a diferentes estímulos pode acarretar em disfunções nestas células. É notável que a aterosclerose ocorra principalmente em vasos sinuosos onde ocorre um forte turbilhonamento do fluxo sanguíneo, que pode acarretar em hemólise e, consequentemente, acúmulo de heme livre. Além disso, no processo de aterogênese as moléculas de adesão, principalmente integrinas, são de crucial importância durante a resposta de CMLV. Nesse trabalho nosso objetivo inicial foi avaliar o efeito do heme livre nas funções de CMLV, bem como os mecanismos moleculares por trás desses efeitos. Em uma segunda parte, investigamos o envolvimento da integrina α1ß1 no efeito da Angiotensina II (Ang II) em CMLV. Nós observamos que o heme livre é capaz de induzir a proliferação e migração de CMLV via espécies reativas de oxigênio (ERO) provenientes da NADPHoxidase (NADPHox). Adicionalmente vimos que o heme ativa vias de sinalização redox-sensíveis relacionadas à proliferação celular, como MAPKinases e o fator de transcrição NFκB. Também observamos que há uma ligação entre a NADPHox e o sistema heme oxigenase (HO), uma vez que o heme induz a expressão de HO-1 e o pré-tratamento das CMLV com inibidores de HO levam ao aumento tanto o efeito proliferação quanto a indução de ERO promovidas pelo heme. Além disso, vimos que o efeito contra-regulatório promovido pela HO ocorre devido as metabolites do heme: biliverdina, bilirrubina e monóxido de carbono. Por último, quando bloqueamos tanto a NADPHox quanto o sistema HO o heme não teve efeito algum na proliferação de CMLV. Em um segundo estudo, observamos que o efeito da Ang II sobre a migração de CMLV foi inibido quando as células foram pré-tratadas com o ligante da integrina α1ß1, a desintegrina Obtustatina. A seguir observamos que o efeito da Ang II na ativação de FAK e na colocalização actina-ILK é dependente da integrina α1ß1, que possivelmente ativa PKCα, uma vez que vimos que a produção de ERO induzida por Ang II foi inibida pela Obtustatina. Vimos que a indução da expressão de ILK por Ang II em CMLV é dependente da integrina α1ß1 e também observamos que a Obtustatina inibibiu o desacoplamento de ILK da FAK, uma vez que a Obtustatina bloqueou a fosforilação de FAK induzida por Ang II (processo crucial para o desacoplamento da ILK). Nós também observamos que a Ang II induz, via integrina α1ß1, a fosforilação de AKT e a diminuição da expressão de p21, provavelmente via ILK. Corroborando estes dados, nós mostramos que o pré-tratamento com Obtustatina induziu um estacionamento na fase G0 e diminuição da proliferação de CMLV tratadas com Ang II. Portanto, mostramos nesse trabalho que o heme livre induz a ativação de CML via NADPHox, que é elegantemente contra-regulado pelo sistema HO. Além disso, sugerimos que a integrina α1ß1 pode ser um importante alvo molecular para o desenvolvimento de intervenções mais efetivas para a aterosclerose.

X射线致HeLa细胞损伤过程中NADPH氧化酶的作用

以HeLa细胞为实验材料,探讨了NADPH氧化酶在X射线诱导细胞损伤过程中的作用。结果显示,12Gy X射线辐照后细胞内活性氧(ROS)明显增加,在用NADPH氧化酶抑制剂处理后再辐照,则细胞内ROS降低到未辐照水平;同时辐照后NADPH氧化酶细胞质亚基p47phox在细胞质积聚并和细胞膜亚基gp91phox结合;Western blotting检测结果显示,NADPH氧化酶的关键亚基gp91phox的表达量明显增加。以上结果说明,NADPH氧化酶可以被X射线激活,由其介导产生的ROS在X射线诱导HeLa细胞损伤过程中扮演重要角色。

NADPH oxidase-mediated generation of reactive oxygen species: A new mechanism for X-ray-induced HeLa cell death

Oxidative damage is an important mechanism in X-ray-induced cell death. Radiolysis of water molecules is a source of reactive oxygen species (ROS) that contribute to X-ray-induced cell death. In this study, we showed by ROS detection and a cell survival assay that NADPH oxidase has a very important role in X-ray-induced cell death. Under X-ray irradiation, the upregulation of the expression of NADPH oxidase membrane Subunit gp91(phox) was dose-dependent. Meanwhile, the cytoplasmic subunit p47(phox) was translocated to the cell membrane and localized with p22(phox) and gp91(phox) to form reactive NADPH oxidase. Our data Suggest, for the first time, that NADPH oxidase-mediated generation of ROS is an important contributor to X-ray-induced cell death. This suggests a new target for combined gene transfer and radiotherapy.

Biphasic regulation of H2O2 on angiogenesis implicated NADPH oxidase

ROS (reactive oxygen species) take an important signalling role in angiogenesis. Although there are several ways to produce ROS in cells, multicomponent non-phagocytic NADPH oxidase is an important source of ROS that contribute to angiogenesis. In the present work, we examined the effects of H2O2 on angiogenesis including proliferation and migration in HUVECs (human umbilical vein endothelial cells), new vessel formation in chicken embryo CAM (chorioallantoic membrane) and endothelial cell apoptosis, which is closely related to anti-angiogenesis. Our results showed that H2O2 dose-dependently increased the generation of O-2(-) (superoxide anion) in HUVECs, which was suppressed by DPI (diphenylene iodonium) and APO (apocynin), two inhibitors of NADPH oxidase. H2O2 at low concentrations (10 mu M) stimulated cell proliferation and migration, but at higher concentrations, inhibited both. Similarly, H2O2 at 4 nmol/cm(2) strongly induced new vessel formation in CAM, while it suppressed at high concentrations (higher than 4 nmol/cm(2)). Also, H2O2 (200 similar to 500 mu M) could stimulate apoptosis in HUVECs. All the effects of H2O2 on angiogenesis could be suppressed by NADPH oxidase inhibitors, which suggests that NADPH oxidase acts downstream of H2O2 to produce O-2(-) and then to regulate angiogenesis. In summary, our results suggest that H2O2 as well as O-2(-) mediated by NADPH oxidase have biphasic effects on angiogenesis in vitro and in vivo.