Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2005. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 85-88).

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A influência do butirato de sódio (NaBu), do cloreto de manganês (MnCl2), combinados ou isolados, e da cicloheximida (CHX) na síntese de tireotrofina humana recombinante (r-hTSH) derivada de células CHO foi investigada pela primeira vez. Com exceção da CHX, que gerou uma redução de 1,5 vezes na produtividade volumétrica, todos os reagentes geraram um aumento (1,4 vezes para o MnCl2 e 3 vezes para o NaBu e NaBu+MnCl2) na produtividade volumétrica. Também foi observada uma diminuição no número de células viáveis com a utilização de todos os reagentes. A adição destes reagentes ao meio de cultura de células CHO produtoras de hTSH gerou também alterações na glicosilação do r-hTSH. As alterações geradas pela presença de CHX foram todas negativas, resultando em uma diminuição de 5,5% no conteúdo de ácido siálico, 10% na ocupação dos sítios de glicosilação, além de uma diminuição no conteúdo de todos os monossacarídeos neutros. Os demais reagentes, por outro lado, resultaram em alterações positivas. A presença de NaBu no meio de cultura acarretou um aumento de 12% no conteúdo de ácido siálico e de 3% na ocupação dos sítios de glicosilação. Com relação às estruturas de carboidratos presentes no hTSH, foi observado um aumento de 14% nas estruturas bi-antenárias, aumento no conteúdo de manose e fucose e uma diminuição no conteúdo de galactose e N-acetilglucosamina. A presença de MnCl2 no meio de cultura resultou em um aumento de 1,7% no conteúdo de ácido siálico e de 1,3% na ocupação dos sítios de glicosilação. Houve ainda um aumento no conteúdo de manose e N-acetilglucosamina e uma diminuição no conteúdo de fucose e galactose. Um aumento de 7% na freqüência de estruturas bi-antenárias foi também observado quando MnCl2 foi utilizado. O uso simultâneo de NaBu e MnCl2 proporcionou um aumento de 14% no conteúdo de ácido siálico e de 3% na ocupação dos sítios de glicosilação, bem como um aumento no conteúdo de todos os monossacarídeos neutros. Não houve, entretanto, alterações na freqüência das estruturas de carboidratos. Apesar de todas as alterações causadas pelos diferentes reagentes, não foram observadas diferenças na atividade biológica ou no comportamento farmacocinético das diferentes preparações de hTSH estudadas. Este estudo é extremamente relevante, tanto do ponto de vista do desenvolvimento de novos biofármacos, quanto do ponto de vista do controle de qualidade das glicoproteínas hormonais já utilizadas na clínica médica. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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Les cardiolipines (CL) sont des phospholipides possédant de nombreux rôles dans la structure et le fonctionnement des mitochondries. Elles sont, par exemple, impliquées dans la stabilisation des complexes des oxydations phosphorylantes, la fusion/fission des membranes mitochondriales, l’import de protéines mitochondriales, la biogénèse des centres fer-soufre (Fe-S), l’apoptose, la protection des mitochondries contre le stress oxydatif…L’ensemble de ces fonctions nécessitent que les chaînes d’acides gras de la CL soient majoritairement insaturées. Le maintien de cette composition en chaînes insaturées requiert une activité acyltransférase portée par la protéine tafazzine, qui est codée par le gène nucléaire TAZ. Des mutations dans ce gène sont la cause du syndrome de Barth (BTHS), qui se caractérise notamment par des myopathies cardiaques et squelettiques, une neutropénie (responsable de nombreuses infections) et des défauts de la chaîne respiratoire. Malgré des progrès considérables dans la compréhension des mécanismes conduisant à la pathogénicité, il n’existe toujours aucune thérapie pour traiter cette maladie. Nous avons donc utilisé la levure Saccharomyces cerevisiae, chez qui la voie de remodelage des CL par la tafazzine est bien conservée, pour modéliser le BTHS et, ainsi non seulement étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette maladie, mais aussi identifier différentes voies thérapeutiques potentielles (suppresseurs génétiques et molécules pharmacologiques). Nous avons tout d’abord construit une levure délétée pour le gène orthologue TAZ (TAZ1 chez la levure), la souche Δtaz1. En accord avec des études précédentes, la souche Δtaz1 présente une diminution quantitative de la CL accompagnée d’un changement qualitatif des chaînes d’acides gras1,2 (plus d’acides gras saturés et moins d’insaturés). Nous montrons aussi que cette levure mutante a un défaut de croissance en milieu respiratoire à température élevée (36°C) ainsi que des défauts dans plusieurs composants impliqués dans les oxydations phosphorylantes2. De façon intéressante, alors que le défaut primaire (diminution des CL et changement qualitatif des chaines d’acide gras) est toujours présent, nous montrons que les oxydations phosphorylantes sont restaurées dans la souche Δtaz1 surexprimant Odc1p2, un transporteur mitochondrial d’intermédiaires du cycle de Krebs, ou par plusieurs composés chimiques. Plusieurs de ces drogues sauvant le mutant, dont la cycloheximide, sont des inhibiteurs partiels de la synthèse protéique cytosolique. Cet effet a été confirmé génétiquement par des mutations affectant les ribosomes cytosoliques. L’ensemble des résultats suggère qu’un défaut au niveau des CL provoquerait un stress protéostatique probablement impliqué dans le processus pathologique. / The phospholipid cardiolipin (CL) has many roles in mitochondrial structure and function, ranging from assembly/stability and functioning of the oxidative phosphorylation (OXPHOS) system, fusion and fission of mitochondrial membranes, mitochondrial protein import, iron-sulfur (Fe-S) biogenesis, apoptosis, and protection of mitochondria against oxidative damage. The maintenance of a proper unsaturated acyl chain composition of CL involves the acyltransferase tafazzin in which mutations cause Barth syndrome (BTHS), resulting in cardiac and skeletal myopathy, cyclic neutropenia and respiratory chain defects. Despite considerable progress in the understanding of the underlying pathogenic mechanisms, there are still no effective therapies to treat this disease. We are using the yeast Saccharomyces cerevisiae, in which the tafazzin-based cardiolipin remodeling pathway is conserved, as a model system for the exploration of potential therapeutic pathways against BTHS, by way of genetic suppressors and chemical screening. We first constructed a yeast strain lacking the orthologous taffazin gene (Δtaz1). Consistent with previous studies, our Δtaz1 yeast failed to grow on non-fermentable carbon sources at elevated temperatures (36°C) and exhibited defects in several components of the mitochondrial respiratory system. Interestingly, we found that oxidative phosphorylation was fully restored in Δtaz1 yeast by overexpressing Odc1p [1]-a mitochondrial carrier that transports Krebs cycle intermediates- and by a number of chemical compounds. Some of the rescuing drugs, especially cycloheximide, act by partially inhibiting cytosolic protein synthesis leading to a full recovery of oxidative phosphorylations. Our findings identify potential cellular components and pathways for the pharmacological treatment of BTHS patients.

Elevated levels of hyaluronan are associated with numerous inflammatory diseases including ulcerative colitis, Crohn's disease and wound healing. Various proinflammatory cytokines have shown to influence hyaluronan expression in cells originating from connective tissue. The overall purposes of this study included: 1. To determine the effects of IL-1β stimulation on HA and HAS2 steady state transcript levels and the signaling pathways involved in its effects. The signaling pathways utilized by proinflammatory mediators to modulate hyaluronan expression have only begun to be elucidated. In this aim, the effects of IL-1β on hyaluronan and HAS expressions in jejunum-derived mesenchymal cells were determined. Inhibition studies were utilized to determine the signaling pathways involved. The overall hypothesis of this aim was that stimulation of jejunum-derived mesenchymal cells with IL-1β activates the mitogen activated protein kinase pathways resulting in increased HAS2 steady state transcript and hyaluronan levels.Results: The results suggest that IL-1β induction of HAS2 expression involves, in part, the mitogen activated protein kinase signaling pathways that act in concert thus leading to an increase in expression of hyaluronan by jejunum-derived mesenchymal cells.2. To determine the effects of dexamethasone on IL-1β mediated increase in hyaluronan and HAS2 expressions and the mechanisms utilized by this glucocorticoid. Glucocorticoids are a mainstay treatment for the inflammatory component of inflammatory bowel disease. Given the recent evidence demonstrating increased hyaluronan in inflamed tissue from patients affected with inflammatory bowel disease, the objective of this aim was to determine the effect of dexamethasone on IL-1β-mediated induction of hyaluronan. The hypothesis of this aim was that pre-treatment with dexamethasone suppressed the ability of IL-1β to increase HAS2 transcript and hyaluronan levels via inhibition of the p38 MAP kinase pathway. Results: Pre-treatment with dexamethasone inhibited IL-1β-mediated hyaluronan and HAS2 induction by blocking the activation of the p38 MAP kinase pathways. 3. To identify the transcriptional and post-transcriptional mechanisms utilized by IL-1β to upregulate HAS2 steady state transcript levels. Very little is known about transcriptional and post-transcriptional regulation of the hyaluronan synthase 2 gene. In this aim, 5' and 3' mapping, luciferase analyses and actinomycin D studies were used to determine the transcriptional and post-transcriptional mechanisms utilized by IL-1β to regulate HAS2 steady state transcript levels. The hypothesis of this aim was that IL-1β used post-transcriptional mechanisms to regulate the HAS2 gene.Results: Dermal fibroblasts were used to find the 5'- and 3'-termini of the HAS2 message. Promoter constructs extending approximately 1 kb upstream from the transcription start site demonstrated no IL-1β response. Blocking protein synthesis prior to the addition of IL-1β dramatically increased HAS2 steady state transcript levels, while inhibition of transcription suppressed the effect of IL-1β on HAS2. Northern blot analysis revealed that cycloheximide and IL-1β exerted differential effects on the two HAS2 transcripts.

Les voies d'endocytose chez l'amibe Dictyostelium discoideum ont été explorées en étudiant l'acidification des compartiments endocytaires et en caractérisant l'action de la caféine et de la cycloheximide, deux inhibiteurs qui ne modifient pas le métabolisme énergétique de la cellule.<br />Le dextran marqué par l'isothiocyanate de fluorescéine (FITC dextran) a été employé comme sonde de phase fluide. Dictyostelium montre une internalisation de fluide plus active dans un milieu nutritif que dans un milieu non nutritif. Dans les deux cas, une cinétique biphasique est observée avec une première phase linéaire en fonction du temps, suivie d'un plateau qui correspond à l'équilibre dynamique entre l'entrée et la sortie de fluide. Les cinétiques sont modélisables sur la base d'un compartiment endocytaire unique. L'activité pinocytaire diminue avec la température avec une énergie d'activation de 27 kcal/mol.<br />Le FITC dextran a été utilisé comme sonde de pH. Au plateau de pinocytose, le compartiment endosomal est à une valeur moyenne de pH 5,8 (+/- 0,2) qui est indépendante du pH extracellulaire. Les bases faibles et d'autres agents comme la monensine ou le carbonyl cyanide m-chloro phenylhydrazone, diminuent l'acidité du compartiment endosomal. La détermination du pH endosomal pendant les phases initiales (t<15 min) met en évidence un compartiment plus acide que le compartiment endosomal majeur. Le pH endosomal reste constant pendant l'engagement de la différenciation induite par une carence nutritionnelle. <br />La caféine inhibe de façon immédiate toutes les activités endocytaires chez l'amibe Dictyostelium : la pinocytose de phase fluide, la phagocytose et la sécrétion des enzymes lysosomales. La caféine est aussi un inhibiteur de la croissance axénique dans la même gamme de concentrations que celles qui inhibent l'endocytose. D'autres méthylxanthines, comme la théobromine, la théophylline ou la paraxanthine sont sans effet sur l'endocytose ou la croissance de Dictyostelium. L'hypothèse pour expliquer l'effet inhibiteur de la caféine est une perturbation de l'homéostasie du Ca2+ intracellulaire.<br />La cycloheximide est un inhibiteur de la synthèse protéique chez les eucaryotes. Après une phase de latence d'environ 10 minutes, la cycloheximide bloque toutes les activités endocytaires chez l'amibe Dictyostelium. D'autres inhibiteurs de la synthèse protéique des cellules eucaryotes qui possèdent des modes d'action et des structures différents, tels que l'anisomycine, l'émétine, la pactamycine et la puromycine inhibent aussi l'endocytose. L'hypothèse envisagée pour rendre compte de l'inhibition de l'endocytose par les inhibiteurs de la synthèse protéique fait intervenir des mécanismes de réponse au stress.

A prolactina humana (hPRL) é um hormônio polipeptídico secretado pela hipófise anterior sob regulação do hipotálamo, envolvido em uma variedade de processos biológicos como o desenvolvimento da glândula mamária e lactação. O produto recombinante é importante no diagnóstico médico e no tratamento de insuficiência da lactação. Este hormônio pode ocorrer sob a forma de proteína não glicosilada (NG-hPRL) e glicosilada (G-hPRL), com pesos moleculares de aproximadamente 23 e 25 kilodalton (kDa), respectivamente; possui um único sítio de N-glicosilação localizado na asparagina (Asn) posição 31, que é parcialmente ocupado, representando assim um modelo particularmente interessante de glicosilação. A atividade biológica da G-hPRL é muito menor comparada à NG-hPRL (~4 vezes) e sua função fisiológica ainda não é bem definida: a porção de carboidrato parece ter um importante papel na biossíntese, secreção, atividade biológica, e sobrevivência plasmática do hormônio. O objetivo principal desse trabalho foi comparar as estruturas dos N-glicanos presentes na prolactina glicosilada hipofisária (G-hPRL-NHPP) com a recombinante. Para obter a G-hPRL recombinante foi realizada uma produção em escala laboratorial a partir de células de ovário de hamster chinês (CHO) geneticamente modificadas e adaptadas ao crescimento em suspensão. Foi adicionada, ao meio de cultura cicloheximida (CHX), cujo efeito principal foi aumentar a relação G-hPRL/NGhPRL que passou de 5% para 38%, facilitando assim a purificação da G-hPRL. A G-hPRL foi purificada em duas etapas, uma troca catiônica seguida de purificação por cromatografia liquida de alta eficiência de fase reversa (RP-HPLC) que se demonstrou eficiente na separação das duas isoformas de hPRL. A G-hPRL recombinante IPEN foi assim analisada por diversas técnicas confirmando a sua pureza e atividade biológica, incluindo comparações com outras amostras de referências de origem hipofisária adquirida junto ao National Hormone & Peptide Program (NHPP-E.U.A.) . Foi realizada também a determinação inédita de Nglicanos presentes na G-hPRL produzida por células CHO e na G-hPRL nativa, produzida pela hipófise humana, possibilitando comparar as duas estruturas de carboidratos e alcançando assim uma das principais metas desse projeto. Entre as principais diferenças encontradas nas estruturas dos dois N-glicanos, destacam-se a baixa quantidade de ácido siálico (NeuAc), a alta porcentagem de glicanos sulfatos (74,0%) e com fucose (Fuc) (93,3%) presentes na amostra hipofisária e a tendência da preparação recombinante de apresentar glicanos com maior peso molecular e com uma menor variação nas isoformas. / Human prolactin (hPRL) is a polypeptide hormone secreted by the anterior pituitary under the regulation of the hypothalamus, involved in a variety of biological processes such as mammary gland development and lactation. The recombinant product is important in medical diagnosis and treatment of failure of lactation. This hormone may occur in the form of non-glycosylated protein (NGhPRL) and glycosylated (G-hPRL) with molecular weights of approximately 23 and 25 kilodalton (kDa), respectively; has a single N-glycosylation site located at asparagine (Asn) position 31, which is partially occupied, thus being a particularly interesting model of glycosylation. The biological activity of G-hPRL is lower compared to NG-hPRL (~4 times) and its physiological function is not well defined: the portion of carbohydrate appears to have an important role in the hormone biosynthesis, secretion, biological activity, and plasma survival of the hormone. The main objective of this study was to compare the structures of N-glycans present in glycosylated pituitary prolactin (G-hPRL-NHPP) with those present in the recombinant. To obtain the recombinant G-hPRL the production was performed in laboratory scale from Chinese hamster ovary cells (CHO), genetically modified and adapted to growth in suspension. Cycloheximide (CHX), whose main effect was to increase the ratio G-hPRL/NG-hPRL from 5% to 38% was added to the culture medium, thereby facilitating the purification of G-hPRL. The G-hPRL was purified in two steps, a cation exchanger followed by a purification by reversed-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) which demonstrated the efficient separation of the two isoforms of hPRL. Recombinant G-hPRL-IPEN was well characterized by several techniques confirming its purity and biological activity, including comparisons with other reference preparation of pituitary origin purchased from the \"National Hormone & Peptide Program (NHPPU. S.)\". The composition of N-glycans present in the G-hPRL, produced by CHO cells, and that of native G-hPRL, produced by the human pituitary gland, were also determined for the first time, allowing the two structures of carbohydrates to be compared and thus, achieving one of the main goals of this project. Among the main differences in N-glycan structures, we highlight the low presence of sialic acid (NeuAc) and the high percentage of sulfated glycans (74.0%) and of fucose (Fuc) (93.3%) in the pituitary sample and the tendency of the recombinant preparation to present glycans with higher molecular weight and less isoforms variation.

A prolactina humana (hPRL) é um hormônio polipeptídico secretado pela hipófise anterior sob regulação do hipotálamo, envolvido em uma variedade de processos biológicos como o desenvolvimento da glândula mamária e lactação. O produto recombinante é importante no diagnóstico médico e no tratamento de insuficiência da lactação. Este hormônio pode ocorrer sob a forma de proteína não glicosilada (NG-hPRL) e glicosilada (G-hPRL), com pesos moleculares de aproximadamente 23 e 25 kilodalton (kDa), respectivamente; possui um único sítio de N-glicosilação localizado na asparagina (Asn) posição 31, que é parcialmente ocupado, representando assim um modelo particularmente interessante de glicosilação. A atividade biológica da G-hPRL é muito menor comparada à NG-hPRL (~4 vezes) e sua função fisiológica ainda não é bem definida: a porção de carboidrato parece ter um importante papel na biossíntese, secreção, atividade biológica, e sobrevivência plasmática do hormônio. O objetivo principal desse trabalho foi comparar as estruturas dos N-glicanos presentes na prolactina glicosilada hipofisária (G-hPRL-NHPP) com a recombinante. Para obter a G-hPRL recombinante foi realizada uma produção em escala laboratorial a partir de células de ovário de hamster chinês (CHO) geneticamente modificadas e adaptadas ao crescimento em suspensão. Foi adicionada, ao meio de cultura cicloheximida (CHX), cujo efeito principal foi aumentar a relação G-hPRL/NGhPRL que passou de 5% para 38%, facilitando assim a purificação da G-hPRL. A G-hPRL foi purificada em duas etapas, uma troca catiônica seguida de purificação por cromatografia liquida de alta eficiência de fase reversa (RP-HPLC) que se demonstrou eficiente na separação das duas isoformas de hPRL. A G-hPRL recombinante IPEN foi assim analisada por diversas técnicas confirmando a sua pureza e atividade biológica, incluindo comparações com outras amostras de referências de origem hipofisária adquirida junto ao National Hormone & Peptide Program (NHPP-E.U.A.) . Foi realizada também a determinação inédita de Nglicanos presentes na G-hPRL produzida por células CHO e na G-hPRL nativa, produzida pela hipófise humana, possibilitando comparar as duas estruturas de carboidratos e alcançando assim uma das principais metas desse projeto. Entre as principais diferenças encontradas nas estruturas dos dois N-glicanos, destacam-se a baixa quantidade de ácido siálico (NeuAc), a alta porcentagem de glicanos sulfatos (74,0%) e com fucose (Fuc) (93,3%) presentes na amostra hipofisária e a tendência da preparação recombinante de apresentar glicanos com maior peso molecular e com uma menor variação nas isoformas. / Human prolactin (hPRL) is a polypeptide hormone secreted by the anterior pituitary under the regulation of the hypothalamus, involved in a variety of biological processes such as mammary gland development and lactation. The recombinant product is important in medical diagnosis and treatment of failure of lactation. This hormone may occur in the form of non-glycosylated protein (NGhPRL) and glycosylated (G-hPRL) with molecular weights of approximately 23 and 25 kilodalton (kDa), respectively; has a single N-glycosylation site located at asparagine (Asn) position 31, which is partially occupied, thus being a particularly interesting model of glycosylation. The biological activity of G-hPRL is lower compared to NG-hPRL (~4 times) and its physiological function is not well defined: the portion of carbohydrate appears to have an important role in the hormone biosynthesis, secretion, biological activity, and plasma survival of the hormone. The main objective of this study was to compare the structures of N-glycans present in glycosylated pituitary prolactin (G-hPRL-NHPP) with those present in the recombinant. To obtain the recombinant G-hPRL the production was performed in laboratory scale from Chinese hamster ovary cells (CHO), genetically modified and adapted to growth in suspension. Cycloheximide (CHX), whose main effect was to increase the ratio G-hPRL/NG-hPRL from 5% to 38% was added to the culture medium, thereby facilitating the purification of G-hPRL. The G-hPRL was purified in two steps, a cation exchanger followed by a purification by reversed-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) which demonstrated the efficient separation of the two isoforms of hPRL. Recombinant G-hPRL-IPEN was well characterized by several techniques confirming its purity and biological activity, including comparisons with other reference preparation of pituitary origin purchased from the \"National Hormone & Peptide Program (NHPPU. S.)\". The composition of N-glycans present in the G-hPRL, produced by CHO cells, and that of native G-hPRL, produced by the human pituitary gland, were also determined for the first time, allowing the two structures of carbohydrates to be compared and thus, achieving one of the main goals of this project. Among the main differences in N-glycan structures, we highlight the low presence of sialic acid (NeuAc) and the high percentage of sulfated glycans (74.0%) and of fucose (Fuc) (93.3%) in the pituitary sample and the tendency of the recombinant preparation to present glycans with higher molecular weight and less isoforms variation.

This research was originally published in The Journal of Biological Chemistry. Satoshi Horimoto, Satoshi Ninagawa, Tetsuya Okada, Hibiki Koba, Takehiro Sugimoto, Yukiko Kamiya, Koichi Kato, Shunichi Takeda, and Kazutoshi Mori. The Unfolded Protein Response Transducer ATF6 Represents a Novel Transmembrane-type Endoplasmic Reticulum-associated Degradation Substrate Requiring Both Mannose Trimming and SEL1L Protein. The Journal of Biological Chemistry. 2013. 288:31517-31527. © the American Society for Biochemistry and Molecular Biology / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19543号 / 理博第4203号 / 新制||理||1603(附属図書館) / 32579 / 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 / (主査)教授 森 和俊, 教授 阿形 清和, 准教授 細川 暢子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM