<p>S-nitrosylation, the prototypic mechanism of redox-based signal transduction, involves the covalent attachment of a nitrogen monoxide group to a Cys-thiol side chain. S-nitrosylation of proteins has been demonstrated to affect a broad range of functional parameters including enzymatic activity, subcellular localization, protein-protein interactions and protein stability. The primary focus of my dissertation was to solve a problem of great importance in the field of S-nitrosylation, which is, to identify denitrosylase(s) i.e., enzymes that remove NO groups from S-nitrosothiols. Recent progress in elucidating the cellular regulation of S-nitrosylation has led to the identification of two physiologically relevant denitrosylating activities that remove the NO group from S-nitrosylated substrates. Thioredoxin/thioredoxin reductase (Trx system) functions as an NADPH-dependent denitrosylase across a broad range of S-nitrosylated proteins (SNO-proteins). S-nitroso-glutathione reductase (GSNOR), which is highly conserved across phylogeny, metabolizes GSNO utilizing NADH as a reducing coenzyme, thereby shifting equilibria between GSNO and SNO-proteins. This dissertation describes the discovery of two novel denitrosylases: one from yeast and the other from mammals. Using technique of column chromatography we have purified these novel denitrosylases to homogeneity and have demonstrated a principal contribution of these enzymes towards S-nitrosothiol metabolism.</p> / Dissertation

Although survival rates are increasing, brain injury continues to be a leading cause of death after cardiac arrest (CA). Permanent brain damage after CA is determined by limited tolerance to ischemia from CA and cardiopulmonary resuscitation (CPR), as well as the unique cerebral response to reperfusion after return of spontaneous circulation (ROSC). A major pathway leading to neurotoxic cascade and neuronal injury after CA involves the increased presence of reactive oxygen and nitrogen species generated during ischemia and reperfusion. The magnitude of cerebral oxidative injury induced by free radicals increased with the duration of CA (Paper I). Nitric oxide (NO), a free radical responsible for the formation of reactive nitrogen species, is increased during global ischemia from CA and reperfusion (Paper IV). Hypothetically, the administration of a drug that counteracts the overproduction of NO and also acts as a scavenger of oxygen free radicals might be warranted in order to reduce the damage caused by nitrosative and oxidative stress. For these purposes we used methylene blue (MB), an old dye that has been used in medicine for almost half a century, and an experimental pig model of 20 min of ventricular fibrillation (VF) to reflect a clinical scenario of ischemia/reperfusion injury. Administration of MB added to a hypertonic-hyperoncotic solution (MBHSD) that was started during CPR and continued for 50 min after ROSC increased short-term survival by decreasing myocardial damage, as well as cerebral peroxidation and inflammatory injury (Paper II). Immunostaining of cerebral tissue collected at different time points after CA and ROSC (Paper IV) provided experimental evidence that cortical blood-brain barrier (BBB) disruption begins as early as  during the initial phase of untreated as well as treated CA. The results indicated that MB administration reduced the neurologic injury and BBB disruption considerably, but did not reverse the ongoing detrimental processes. The demonstrated positive effects of MB were related to a decrease of nitrite/nitrate tissue content, and thus to a decrease of excess NO due to the MB inhibitory effects on NOS isoforms. A mixture of MB in hypertonic sodium lactate (MBL) was investigated to facilitate administration of MB in “the field.” Based on findings that MBL cardio- and neuroprotective properties were similar to those of MBHSD, there is reason to believe that the use of MBL might be extended during ongoing CPR and after ROSC (Paper III). It would therefore make sense to try using MB as a pharmacological neuroprotectant during or after clinical CPR in order to expand the temporal therapeutic window before other measures for neuroprotection such as hypothermia are available.

Le monoxyde d’azote (NO), dont le rôle biologique a été découvert à la fin du 20ème siècle, est impliqué dans la régulation de nombreux processus à l’échelle de la cellule et de l’organisme. Sa biosynthèse est réalisée par les enzymes NO synthases (NOS), et met en jeu la liaison de NADPH à leur domaine réductase suivie d’une série de transfert d’électrons vers leur domaine oxygénase, où la formation de NO se produit par oxydation de la L-arginine. En s’inspirant de mimes photo-activables de NADPH précédemment décrits dans la littérature, appelés nano-déclencheurs (NT, de l’anglais nanotriggers), induisant la production de NO par illumination, nous avons conçu et synthétisé de nouvelles générations de composés potentiellement capables d’initier l’activité catalytique de NOS sous irradiation. Ils comportent une unité de reconnaissance de NOS dérivée de l’adénosine et une unité chromophorique de type diaminophényl butadiène, liées entre elles par un groupement triazole. Ces structures modulables, facilement assemblées par chimie « click » ont permis la préparation d’une librairie de nano-déclencheurs, dont les propriétés photophysiques et la stabilité dans des conditions physiologiques ont été évaluées. Ces nouvelles générations de composés offrent des perspectives intéressantes pour le contrôle de processus biologiques par la lumière. / Nitric oxide (NO), whose biological role has been discovered in the late 20th century, is involved in the regulation of many processes in cell and organism. Its biosynthesis is carried out by enzymes named nitric oxide synthases (NOS) and involves NADPH binding to their reductase domain followed by a series of electron transfers to their oxygenase domain, where the formation of NO takes place by oxidation of L-arginine. Inspired by photoactivatable NADPH mimics called nano-triggers (NT), previously described in the literature, able to produce NO upon illumination, we designed and synthesized new generations of compounds potentially capable of initiating the catalytic activity of NOS under irradiation. They contain a recognition unit for NOS derived from adenosine and a diaminophenyl butadiene chromophoric moiety, linked together by a triazole group. These modular structures, easily assembled by "click" chemistry allowed the preparation of a library of nano-triggers, whose photophysical properties and stability under physiological conditions were evaluated. These new generations of compounds offer interesting perspectives for the control of biological processes by light.

Η εξέλιξη της χρόνιας νεφρικής νόσου χαρακτηρίζεται από προοδευτική απώλεια της νεφρικής λειτουργίας και εναπόθεση εξωκυττάριας ύλης που οδηγεί σε γενικευμένη ίνωση του νεφρικού ιστού. Στους μηχανισμούς που ενοχοποιούνται για την εξέλιξη της βλάβης αυτής προς ίνωση συμμετέχουν κυτταροκίνες και αυξητικοί παράγοντες που προέρχονται από ενδοθηλιακά, επιθηλιακά σωληναριακά κύτταρα και κύτταρα του διάμεσου νεφρικού ιστού. Η ίνωση του διάμεσου νεφρικού χώρου είναι μία κοινή διαδικασία που χαρακτηρίζεται από την de novo ενεργοποίηση μυοϊνοβλαστών με αποτέλεσμα την αυξημένη εναπόθεση εξωκυττάριας ύλης. Τα επιθηλιακά σωληναριακά κύτταρα είναι πηγή προέλευσης των ενεργοποιημένων μυοϊνοβλαστών μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται επιθηλιακή προς μεσεγχυματική μετάπτωση. Διάφοροι μεσολαβητές της νεφρικής βλάβης όπως είναι και η κυκλοσπορίνη ερχόμενοι σε επαφή με κύτταρα του εγγύς εσπειραμένου σωληναρίου οδηγούν σε ενεργοποίηση προϊνωτικών παραγόντων εκκρίνοντας εξωκυττάρια ύλη. Μεταξύ αυτών των μεσολαβητών της νεφρικής βλάβης, ιδιαίτερο ρόλο φαίνεται ότι διαδραματίζουν το νιτρικό οξείδιο και η ενδοθηλίνη, δύο παράγοντες που μετέχουν σε φυσιολογικές, αλλά και παθοφυσιολογικές κυτταρικές διαδικασίες. Τα συστήματα νιτρικού οξειδίου και ενδοθηλίνης αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε επίπεδο υποδοχέων στο κυτταρικό επίπεδο προκαλώντας αλλαγές του αγγειακού τόνου και ενεργοποίηση ή αναστολή προϊνωτικών σημάτων. Ο σκοπός της εργασίας ήταν η μελέτη της έκφρασης των συστημάτων νιτρικού οξειδίου και ενδοθηλίνης σε σωληναριακά νεφρικά κύτταρα κάτω από την επίδραση της κυκλοσπορίνης. Χρησιμοποιήθηκαν ανθρώπινες κυτταροκαλλιέργειες νεφρικών επιθηλιακών κυττάρων του εγγύς εσπειραμένου σωληναρίου (ΗΚ-2) τα οποία επωάσθηκαν σε θεραπευτικές και τοξικές συγκεντρώσεις κυκλοσπορίνης (CsA) και ακολούθησε η ανίχνευση του νιτρικού οξειδίου (NO), της ενδοθηλιακής και επαγώγιμης συνθετάσης του ΝΟ (e-NOS, i-NOS) και της ενδοθηλίνης-1 (ET-1) με τους Α και Β υποδοχείς της (ΕΤ-Α, ΕΤ-Β). Το ΝΟ μετρήθηκε σύμφωνα με τη μέθοδο Griess, ενώ η συσσώρευση της ενδοθηλίνης και των Α και Β υποδοχέων της καθώς και οι συνθετάσες του ΝΟ ανιχνεύθηκαν τόσο σε επίπεδο μεταγράφου (m-RNA) χρησιμοποιώντας RT-PCR, όσο και σε επίπεδο πρωτεΐνης με Western Blot ανάλυση. Πειράματα πραγματοποιήθηκαν επίσης χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα στο επωαστικό μέσο εκτός από κυκλοσπορίνη και ειδικούς αναστολείς του ΝΟ (L-NAME) και των υποδοχέων της ενδοθηλίνης (BQ123, BQ 788), ενώ ακολούθησε η ανίχνευση των συνθετασών του ΝΟ και των υποδοχέων της ενδοθηλίνης αντίστοιχα. Από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν προκύπτει ότι η κυκλοσπορίνη ασκεί τοξική δράση σε νεφρικά σωληναριακά κύτταρα και επάγει τη συσσώρευση της ΕΤ-1,του ΝΟ, των συνθετασών του ΝΟ και των Α και Β υποδοχέων της ΕΤ-1. Η επαγωγή του ΕΤ-Α υποδοχέα είναι ανεξάρτητη από την παρουσία ή μη ΝΟ, σε αντίθεση με τον ΕΤ-Β υποδοχέα η επαγωγή του οποίου καταστέλλεται πλήρως όταν αναστέλλεται το σύστημα του νιτρικού οξειδίου (L-NAME). Η επαγωγή της e-NOS από την κυκλοσπορίνη είναι απόλυτα εξαρτώμενη από το σύστημα της ΕΤ-1, σε αντίθεση με την i-NOS η οποία επάγεται σε σημαντικό βαθμό ακόμη και όταν το σύστημα ενδοθηλίνης αδρανοποιείται πλήρως με ειδικούς αναστολείς (BQ123 και BQ788). / The progression of renal fibrosis is characterized by loss of kidney function and deposition of extracellular matrix components. The mechanism implicated in the development of renal fibrosis involves cytokines and growth factors originating from endothelial, tubular epithelial and interstitial cells. Activated myofibloblasts derive from differentiated tubular epithelial cells trough a process called epithelial to mesenchymal transition. Various kidney injury mediators like cyclosporine-A (CsA) are entering the luminal space of the tubules causing activation of profibrotic factors such as nitric oxide (NO) and endothelin-1 (ET-1). A cross talk exists between endothelin and NO systems in the regulation of vascular tone and inflammatory process. Aim of this study was to investigate the effect of cyclosporine-A on the expression of Nitric Oxide and endothelin-1 on cultured renal tubular cells. Human tubular epithelial cells (HK-2) were cultured in the presence of CsA at various concentrations (0 -1,000 ng/ml). RT-PCR was used to determine NO synthases (eNOS, iNOS) and endothelin receptors (ETR-A, ETR-B) and Western Blot analysis for the subsequent proteins. Similar experiments were also carried out using specific NO (L-NAME) and endothelin receptor (BQ123, BQ 788) inhibitors. At therapeutic concentrations, CsA exerts a significant cytotoxic effect on tubular epithelial cells. A dose dependent activation of NO synthases eNOS and iNOS and endothelin receptors ET-A and ETR-B was observed, even at therapeutic concentrations of CsA. An interaction between NO and ET-1 systems under the influence of CsA was also observed, since blockage of NO production was followed by down-regulation of ET-B while blocking of endothelin pathway with ET receptor antagonists, was followed by down-regulation of eNOS expression.