The effects of oxidative stress on the retinal structure and function

Des études antérieures ont démontré que le métabolisme de la rétine, son apport sanguin et sa consommation de l'oxygène sont plus élevés dans le noir (Riva C.E. et al. 1983, Wang L. et al. 1996, Tam B.M. and Moritz O.L. 2007). Les stimuli physiologiques jouent supposément un rôle important dans le développement des différents systèmes nerveux (Arthur W. Spira, David Parkinson 1991). La privation de la rétine de son stimulus physiologique, la lumière, est un moyen valable de démontrer la validité de ce concept. D'autres études ont affirmé que les injections de dichlorure de paraquat dans la cavité vitréenne causent une sévère rétinopathie (Rétinopathie induite par paraquat: RIP). Cette rétinopathie est provoquée par les dérivés réactifs de l'oxygène (DRO) générés par le paraquat (Cingolani C. et al. 2006, Lu L. et al. 2006). Le but de notre premier projet (''Dark rearing project'') était de déterminer si les conséquences nocives de l'hyperoxie postnatale chez les rats albinos SD pourraient être amoindries en élevant une portée de rats au noir. Nos résultats suggèrent qu'une augmentation du métabolisme de la rétine causée par la déprivation de lumière chez les ratons, pourrait protéger ou masquer certains effets néfastes de l'hyperoxie postnatale. Le but de notre deuxième étude (''Paraquat project'') était d'examiner les possibles points de similitude entre RIP et d'autres modèles de rétinopathies oxydatives étudiés présentement par notre équipe, à savoir: Rétinopathie induite par l'oxygène (RIO) et Rétinopathie induite par la lumière (RIL). Nos résultats suggèrent que l'injection de dichlorure de paraquat dans la cavité vitréenne cause des changements sévères de la fonction de la rétine, tandis que sa structure semble intacte. La sévérité de ces changements dépend inversement de la maturité de la rétine au moment de l'injection.

Les R-loops et leurs conséquences sur l'expression génique chez Escherichia coli.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.

Évaluation de la cytogénotoxicité humaine induite par l’exposition à de faibles doses de benzo-a-pyrène, à l’aide de biomarqueurs précoces

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action.

Selective inhibition of inducible nitric oxide synthase prevents lipid peroxidation in cartilage from patients with osteoarthritis.

INTRODUCTION: Emerging evidence indicates that nitric oxide (NO), which is increased in osteoarthritic (OA) cartilage, plays a role in 4-hydroxynonenal (HNE) generation through peroxynitrite formation. HNE is considered as the most reactive product of lipid peroxidation (LPO). We have previously reported that HNE levels in synovial fluids are more elevated in knees of OA patients compared to healthy individuals. We also demonstrated that HNE induces a panoply of inflammatory and catabolic mediators known for their implication in OA cartilage degradation. The aim of the present study was to investigate the ability of inducible NO synthase (iNOS) inhibitor, L-NIL (L-N6-(L-Iminoethyl)Lysine), to prevent HNE generation through NO inhibition in human OA chondrocytes. METHOD: Cells and cartilage explants were treated with or without either an NO generator (SIN or interleukin 1beta (IL-1β)) or HNE in absence or presence of L-NIL. Protein expression of both iNOS and free-radical-generating NOX subunit p47 (phox) were investigated by western blot. iNOS mRNA detection was measured by real-time RT-PCR. HNE production was analysed by ELISA, Western blot and immunohistochemistry. S-nitrosylated proteins were evaluated by Western Blot. Prostaglandin E2 (PGE2) and metalloproteinase 13 (MMP-13) levels as well as glutathione S-transferase (GST) activity were each assessed with commercial kits. NO release was determined using improved Griess method. Reactive oxygen species (ROS) generation was revealed using fluorescent microscopy with the use of commercial kits. RESULTS: L-NIL prevented IL-1β-induced NO release, iNOS expression at protein and mRNA levels, S-nitrosylated proteins and HNE in a dose dependent manner after 24h of incubation. Interestingly, we revealed that L-NIL abolished IL-1β-induced NOX component p47phox as well as ROS release. The HNE-induced PGE2 release and both cyclooxygenase-2 (COX-2) and MMP-13 expression were significantly reduced by L-NIL addition. Furthermore, L-NIL blocked the IL-1β induced inactivation of GST, an HNE-metabolizing enzyme. Also, L-NIL prevented HNE induced cell death at cytotoxic levels. CONCLUSION: Altogether, our findings support a beneficial effect of L-NIL in OA by preventing LPO process in NO-dependent and/or independent mechanisms.

Molecular and functional characterization of the chemotactic genes in the PCBs-degrader Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707

Although bacteria represent the simplest form of life on Earth, they have a great impact on all living beings. For example the degrader bacterium Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 is used in bioremediation procedures for the recovery of polluted sites. Indeed, KF707 strain is know for its ability to degrade biphenyl and polychlorinated biphenyls - to which is chemotactically attracted - and to tolerate the oxydative stress due to toxic metal oxyanions such as tellurite and selenite. Moreover, in bioremediation processes, target compounds can be easily accessible to KF707 through biofilm formation. All these considerations suggest that KF707 is such a unique microorganism and this Thesis work has been focused on determining the molecular nature of some of the peculiar physiological traits of this strain. The genome project provided a large set of informations: putative genes involved in the degradation of aromatic and toxic compounds and associated to stress response were identified. Notably, multiple chemotactic operons and cheA genes were also found. Deleted mutants in the cheA genes were constructed and their role in motility, chemotaxis and biofilm formation were assessed and compared to those previously attributed to a cheA1 gene in a KF707 mutant constructed by a mini-Tn5 transposon insertion and which was impaired in motility and biofilm development. The results of this present Thesis work, taken together, were interpreted to suggest that in Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 strain, multiple factors are involved in these networks and they might play different roles depending on the environmental conditions. The ability of KF707 strain to produce signal molecules possibly involved in cell-to-cell communication, was also investigated: lack of a lux-like QS system - which is conversely widely present in Gram negative bacteria – keeps open the question about the actual molecular nature of KF707 quorum sensing mechanism.

Oxidized bases in the ribosome's peptidyl transferase center and their effects on translation

The ribosome is central to protein biosynthesis and the focus of extensive research. Recent biochemical and structural studies, especially detailed crystal structures and high resolution Cryo-EM in different functional states have broadened our understanding of the ribosome and its mode of action. However, the exact mechanism of peptide bond formation and how the ribosome catalyzes this reaction is not yet understood. Also, consequences of direct oxidative stress to the ribosome and its effects on translation have not been studied. So far, no conventional replacement or even removal of the peptidyl transferase center's bases has been able to affect in vitro translation. Significant contribution to the catalytic activity seems to stem from the ribose-phosphate backbone, specifically 2'OH of A2451. Using the technique of atomic mutagenesis, novel unnatural bases can be introduced to any desired position in the 23S rRNA, surpassing conventional mutagenesis and effectively enabling to alter single atoms in the ribosome. Reconstituting ribosomes in vitro using this approach, we replaced universally conserved PTC bases with synthetic counterparts carrying the most common oxidations 8-oxorA, 5-HOrU and 5-HOrC. To investigate the consequent effects on translation, the chemically engineered ribosomes were studied the in various functional assays. Incorporation of different oxidized bases into the 70S ribosome affected the ribosomes in different ways. Depending on the nucleobase modified, the reconstituted ribosomes exhibited radical deceleration of peptide bond formation, decrease of synthesis efficiency or even an increase of translation rate. These results may further our understanding of the residues involved in the peptide bond formation mechanism, as well as the disease-relevant effects of oxydative stress on the translation machinery.

Oxidized bases in the ribosome's peptidyl transferase center and their effects on translation

The ribosome is central to protein biosynthesis and the focus of extensive research. Recent biochemical and structural studies, especially detailed crystal structures and high resolution Cryo-EM in different functional states have broadened our understanding of the ribosome and its mode of action. However, the exact mechanism of peptide bond formation and how the ribosome catalyzes this reaction is not yet understood. Also, consequences of direct oxidative stress to the ribosome and its effects on translation have not been studied. So far, no conventional replacement or even removal of the peptidyl transferase center's bases has been able to affect in vitro translation. Significant contribution to the catalytic activity seems to stem from the ribose-phosphate backbone, specifically 2'OH of A2451. Using the technique of atomic mutagenesis, novel unnatural bases can be introduced to any desired position in the 23S rRNA, surpassing conventional mutagenesis and effectively enabling to alter single atoms in the ribosome. Reconstituting ribosomes in vitro using this approach, we replaced universally conserved PTC bases with synthetic counterparts carrying the most common oxidations 8-oxorA, 5-HOrU and 5-HOrC. To investigate the consequent effects on translation, the chemically engineered ribosomes were studied the in various functional assays. Incorporation of different oxidized bases into the 70S ribosome affected the ribosomes in different ways. Depending on the nucleobase modified, the reconstituted ribosomes exhibited radical deceleration of peptide bond formation, decrease of synthesis efficiency or even an increase of translation rate. These results may further our understanding of the residues involved in the peptide bond formation mechanism, as well as the disease-relevant effects of oxydative stress on the translation machinery.

Does psychological stress mediate social deprivation in tooth loss?

It is unclear which theoretical dimension of psychological stress affects health status. We hypothesized that both distress and coping mediate the relationship between socio-economic position and tooth loss. Cross-sectional data from 2915 middle-aged adults evaluated retention of < 20 teeth, behaviors, psychological stress, and sociodemographic characteristics. Principal components analysis of the Perceived Stress Scale (PSS) extracted 'distress' (a = 0.85) and 'coping' (a =0.83) factors, consistent with theory. Hierarchical entry of explanatory variables into age- and sex-adjusted logistic regression models estimated odds ratios (OR) and 95% confidence intervals [95% CI] for retention of < 20 teeth. Analysis of the separate contributions of distress and coping revealed a significant main effect of coping (OR = 0.7 [95% CI = 0.7-0.8]), but no effect for distress (OR = 1.0 [95% CI = 0.9-1.1]) or for the interaction of coping and distress. Behavior and psychological stress only modestly attenuated socio-economic inequality in retention of < 20 teeth, providing evidence to support a mediating role of coping.

Post-traumatic stress disorder in response to HIV infection

This study investigated the psychological impact of HIV infection through assessment of posttraumatic stress disorder in response to HIV infection. Sixty-one HIV-positive homosexual/bisexual men were assessed for posttraumatic stress disorder in response to HIV infection (PTSD-HIV) using a modified PTSD module of the DIS-III-R. Thirty percent met criteria for a syndrome of posttraumatic stress disorder in response to HIV diagnosis (PTSD-HIV). In over one-third of the PTSD cases, the disorder had an onset greater than 6 months after initial HIV infection diagnosis. PTSD-HIV was associated with other psychiatric diagnoses, particularly the development of first episodes of major depression after HIV infection diagnosis. PTSD-HIV was significantly associated with a pre-HIV history of PTSD from other causes, and other pre-HIV psychiatric disorders and neuroticism scores, indicating a similarity with findings in studies of PTSD from other causes. The findings from this preliminary study suggest that a PTSD response to HIV diagnosis has clinical validity and requires further investigation in this population and other medically ill groups. The results support the inclusion of the diagnosis of life-threatening illness as a traumatic incident that may lead to a posttraumatic stress disorder, which is consistent with the DSM-IV criteria.

Does occupational stress really matter? A study of psychological climate and stress on job satisfaction in Thailand

This study explored the prediction of psychological climate and stresses on job satisfaction in non U.S. setting. A total of 450 surveys were sent to 11 organisations in Thailand and employees were asked to fill out the survey. The first hypothesis that positive psychological climate dimensions predicted lower level of stresses among Thai employees was partially accepted. Further regression analysis tested second hypothesis that positive psychological climate dimensions and low level of stresses predict job satisfaction among Thai employees. Contrary to expectation, only stress variables predicted job satisfaction. Thai culture influence was discussed.

Clypeotheca, a new skeletal structure in scleractinian corals : a potential stress indicator

Physiological responses to environmental stress are increasingly well studied in scleractinian corals. This work reports a new stress-related skeletal structure we term clypeotheca. Clypeotheca was observed in several livecollected common reef-building coral genera and a two to three kya subfossil specimen from Heron Reef, Great Barrier Reef and consists of an epitheca-like skeletal wall that seals over the surface of parts of the corallum in areas of stress or damage. It appears to form from a coordinated process wherein neighboring polyps and adjoining coenosarc seal themselves off from the surrounding environment as they contract and die. Clypeotheca forms from inward skeletal centripetal growth at the edges of corallites and by the merging of flange-like outgrowths that surround individual spines over the surface of the coenosteum. Microstructurally, the merged flanges are similar to upsidedown dissepiments and true epitheca. Clypeotheca is interpreted primarily as a response to stress that may help protect the colony from invasion of unhealthy tissues by parasites or disease by retracting tissues in areas that have become unhealthy for the polyps. Identification of skeletal responses of corals to environmental stress may enable the frequency of certain types of environmental stress to be documented in past environments. Such data may be important for understanding the nature of reef dynamics through intervals of climate change and for monitoring the effects of possible anthropogenic stress in modern coral reef habitats.

Eye-movements and visual imagery : a working memory approach to the treatment of post-traumatic stress disorder

It has been claimed that the symptoms of post-traumatic stress disorder (PTSD) can be ameliorated by eye-movement desensitization-reprocessing therapy (EMD-R), a procedure that involves the individual making saccadic eye-movements while imagining the traumatic event. We hypothesized that these eye-movements reduce the vividness of distressing images by disrupting the function of the visuospatial sketchpad (VSSP) of working memory, and that by doing so they reduce the intensity of the emotion associated with the image. This hypothesis was tested by asking non-PTSD participants to form images of neutral and negative pictures under dual task conditions. Their images were less vivid with concurrent eye-movements and with a concurrent spatial tapping task that did not involve eye-movements. In the first three experiments, these secondary tasks did not consistently affect participants' emotional responses to the images. However, Expt 4 used personal recollections as stimuli for the imagery task, and demonstrated a significant reduction in emotional response under the same dual task conditions. These results suggest that, if EMD-R works, it does so by reducing the vividness and emotiveness of traumatic images via the VSSP of working memory. Other visuospatial tasks may also be of therapeutic value.