La formation d’un squelette de CaCO3 par les coraux Scléractiniaires est à la base de l’édification des récifs coralliens. Nombre de ces coraux constructeurs de récif vivent en symbiose avec des Dinoflagellés photosynthétiques. Ces deux processus reposent sur le transport et l’utilisation de carbone inorganique (Ci) provenant de l’eau de mer pour la photosynthèse, et du métabolisme animal pour la calcification. Cette thèse s’est intéressée à l’étude moléculaire et physiologique des mécanismes, permettant l’utilisation de ce carbone inorganique.Malgré l’importance des transports de HCO3-, aucun transporteur n’a été caractérisé à cejour et leur implication dans la physiologie des coraux n’est que suggérée par la pharmacologie. Durant cette thèse nous avons cloné un gène codant pour un transporteur deHCO3- chez le corail Acropora sp. La conversion de ce HCO3- en CO2 pour la photosynthèse est facilitée par l’acidification de l’environnement proche du Dinoflagellé dans la cellule animale. Cette acidification est causée par une H+-ATPase de type P que nous avons caractérisée. Ce gène est le premier à montrer une expression dépendante de la vie en symbiose chez le symbiote.Nous avons aussi cloné et localisé deux anhydrases carboniques (AC). L’une impliquée dans la calcification et l’autre dans la régulation du pH intracellulaire et l’équilibre entre leCO2 et HCO3-. Une étude pharmacologique de ces deux AC, a identifié des molécules inhibitrices et activatrices qui ont permis des expériences de physiologie in vivo. Celles-ci permettent une analyse plus discriminante du rôle des AC dans la calcification. / Coral reefs edification is based on the formation of a calcium carbonate skeleton byscleractinian corals. Many of these reef-building corals establish a symbiotic association with photosynthetic Dinoflagellates. Both processes involve the transport and utilization of inorganic carbon (Ci) coming from seawater for photosynthesis, and from animal metabolismfor calcification. This work focused on the molecular and physiological study of poorlyknown mechanisms that allow the utilization of Ci.Despite the importance of bicarbonate transport, no transporter has been characterized and their role in coral physiology is only suggested by pharmacological experiments. We have cloned a gene encoding a bicarbonate transporter in the coral Acropora sp. The conversion of this bicarbonate into CO2 for photosynthesis is mediated by the acidification of the are asurrounding the Dinoflagellate in the animal cell. This is performed by a P type H+-ATPasethat we characterized here. This is the first gene with a symbiosis-dependent expression in the symbiont.This work also allowed the cloning and the localization of two carbonic anhydrases (CA).The first one is involved in calcification, the second one plays a role in the intracellular pHregulation and the CO2 / HCO3- equilibrium. A pharmacological study of these two enzymes identified inhibitor and activator compounds that have been then used in physiology experiments. This last approach represents a more accurate study of the role of CAs incalcification.

Introdução: As estatinas são drogas amplamente utilizadas na prevenção primária e secundária de doenças cardiovasculares, por reduzirem o nível de colesterol. Porém alguns pacientes podem apresentar elevação da creatinofosfoquinase (CPK) e sintomas musculares relacionados ao seu uso. Além da CPK, outros marcadores de dano muscular podem apresentar alterações. Este estudo analisou a concentração dos marcadores bioquímicos, CKMB e anidrase carbônica III (CAIII) e sua relação com a presença de miosite. Métodos: Foram selecionados pacientes em tratamento com estatinas e com elevação da CPK. Foram realizadas as determinações de CKMB e CAIII e analisadas as variáveis clínicas e laboratoriais destes pacientes. Resultados: Cerca de 10% dos pacientes em tratamento com estatina apresentaram elevações de CPK acima 1x o limite superior de normalidade (LSN). Desses, 50,4% apresentaram sintomas musculares, definido como miosite. O uso de sinvastatina [OR=2,24 (IC95%:1,47-3,42)], o índice de massa corpórea > 28 Kg/m2 [OR=1,06 (IC95%: 1,01-1,10)] e a CKMB > 1xLSN [OR=1,59 (IC95%: 1,02-2,49)] apresentaram-se como preditores independentes para a ocorrência de miosite. A CKMB aumentada foi observada em 36,2% dos pacientes (7,17±4,4 ng/mL). Os pacientes com e sem miosite apresentaram valores semelhantes de CAIII (211,3±93,4pg/mL vs 204,0±84,6pg/mL; p=0,549). Pacientes diabéticos apresentaram elevações significantes de CKMB em relação aos não diabéticos (4,8±4,6ng/mL vs 3,5±2,4ng/mL; p=0,0006) e não apresentaram diferenças quanto à presença de miosite. Conclusão: A CKMB apresentou alteração em parte dos pacientes tratados com estatinas e foi um preditor independente para a presença de miosite. A CAIII não foi considerada um bom marcador de dano muscular na população deste estudo / Introduction: Statins are drugs widely used in primary and secondary prevention of cardiovascular diseases, due to the decreasing effect on cholesterol level. However, some patients may present elevated levels of creatine phosphokinase (CK) and muscle symptoms related to statin use. In addition to CK, other markers of muscle damage may present changes. This study analyzed the concentration of biochemical markers, CKMB and carbonic anhydrase III (CAIII) and related them to the presence of myositis. Methods: Patients on statin therapy and CK elevation were selected. CKMB and (CAIII) assays were performed and the clinical and laboratory variables of these patients were analyzed. Results: About 10% of the patients receiving statin therapy (6692) presented CK elevations above 1x upper reference limit (URL). Muscular symptoms, defined as myositis, were presented in 50.4% of these patients. Use of simvastatin [OR=2,24 (IC95%:1,47-3,42)], a body mass index > 28 kg / m2 [OR = 1.06 (95% CI: 1.01-1, 10)] and a concentration of CKMB > 1x URL [OR = 1.59 (95% CI: 1.02-2.49)] presented as independent predictors for the occurrence of myositis. Increased CKMB was observed in 36.2% of patients (7.17 ± 4.4 ng / mL). Patients with and without myositis had similar CAIII values (211.3 ± 93.4pg / mL vs 204.0 ± 84.6pg / mL, p = 0.549). Diabetic patients showed significant elevations of CKMB compared to non-diabetic patients (4.8 ± 4.6 ng / mL vs. 3.5 ± 2.4 ng / mL, p = 0.0006) and did not present differences regarding the presence of myositis. Conclusion: CKMB level changed in part of the patients treated with statins and this enzyme was an independent predictor for the presence of myositis. CAIII was not considered a good marker of muscle damage in the studied population

This report details the activities and inhibition of metal-substituted human carbonic anhydrase II (M-HCA-II). The traditional activities (hydrolysis of CO2 and para-nitrophenol acetate) in addition to new activities (oxidation of 2-aminophenol, disproportionation of H2O2, and disproportionation of superoxide) were investigated. Values reported for the relative hydrolytic activities of M-HCA-IIs are reported here for the first time, ranging from 47.5 % (plus or minus 0.6) to 86 % (plus or minus 4) for the hydrolysis of CO2 and from 0.299 % (plus or minus 0.012) to 4.72 % (plus or minus 0.015) for the hydrolysis of para-nitrophenol acetate. With respect to new activities, only the oxidation of 2-aminophenol was observed. Turnover was observed for Fe-HCA-II (kcat/KM = 3.6 plus or minus 1.3 mM-1 s-1) and Cu-HCA-II (kcat/KM = 8 plus or minus 2 mM-1 s-1). Inhibition of Zn-, (di-substituted) Cu2-, and Cu/Zn-HCA-II hydrolysis of CO2 and para-nitrophenol acetate by sulfanilamide, coumarin, and ortho-coumaric acid were investigated. Sulfanilamide was shown to inhibit: Zn-HCA-II, Cu2-HCA-II, and Cu/Zn-HCA-II - (with CO2) KM = 8.9 plus or minus 1.1 microM, 11 plus or minus 2 microM, 8.8 plus or minus 1.4 microM and (with p-nitrophenyl acetate) KM = 8.4 plus or minus 1.0 microM, (none), 8.4 plus or minus 1.4 microM, respectively. No inhibition was observed for coumarin or ortho-coumaric acid or its derivatives for any CAs studied.

Einleitung: Bei der Dystonie handelt es sich um eine Erkrankung des zentralen Nervensystems. Sie ist charakterisiert durch ungewollte, dauerhafte oder wiederkehrende Muskelkontraktionen, die zu abnormalen Bewegungsabläufen und Haltungen führen. Sie ist die dritthäufigste Bewe-gungsstörung beim Menschen. Bisherige Befunde beim Menschen und Untersuchungen an Tier-modellen weisen u.a. auf eine besondere Bedeutung der Basalganglien-Thalamus-Schleife hin, die an der Kontrolle von willkürlichen und unwillkürlichen Bewegungen beteiligt ist. So konnten bei unterschiedlichen Tiermodellen Veränderungen im Striatum (STR), der Eingangsstruktur der Basalganglien, nachgewiesen werden. Beim dtsz Hamster, einem gut etablierten Tiermodell für die paroxysmale Dystonie, konnte neben vielen striatalen Veränderungen eine Reduktion der GABAergen Interneurone (IN), wie Parvalbumin-positive (PV+) IN, zum Zeitpunkt der maximalen Ausprägung der Dystonie gezeigt werden. Ziele der Untersuchung: Die Gründe für den Mangel an striatalen GABAergen IN bei der dtsz Hamstermutante sollten weiter untersucht werden, indem der Frage nachzugehen war, ob beim dtsz Hamster eine Migrations- oder Ausreifungsstörung der IN vorliegt. Dazu wurde das Homöodomänprotein Nkx 2.1, als Marker für aus dem medialen Ganglienhügel eingewanderte IN, im STR der dtsz Hamstermutante untersucht. Die Expression des Brain-derived neurotrophic factors (BDNF), des Kalium-Chlorid-Kotransporters 2 (KCC2) und die zytosolische Carboanhydrase vom Isotyp 7 (CAH7) wurden als Indikatoren für die Ausreifung von GABAergen IN herangezogen. Tiere, Material und Methoden: Die Untersuchungen wurden vergleichend an dtsz Hamstern und Kontrollhamstern durchgeführt. Beim dtsz Hamster zeigt die Dystonie einen altersabhängigen Verlauf (Beginn: ca. 16. Lebenstag (LT); Maximum: 30.-42. LT; Remission: 70. LT). Deshalb wurden als Untersuchungszeitpunkte der 18. LT und der 33. LT gewählt. Um die Migration der striatalen IN zu untersuchen, wurde im STR bei 33 Tage alten Hamsterns die Dichte der immun-histochemisch markierten Nkx 2.1-positiven Zellen stereologisch ermittelt. Der mRNA-Gehalt wurde relativ mittels „quantitativer Echtzeit-PCR“ (qPCR) bestimmt. Zusätzlich wurde die mRNA-Expression von Nkx 2.1 bei 18 Tage alten Tieren untersucht. Von KCC2 und CAH7 wurde die mRNA mittels qPCR bei 18 und 33 Tage alten Hamstern im STR untersucht. Die Expression von BDNF wurde mittels ELISA-System im Kortex (Cx), STR und im restlichen Gehirngewebe („R“) bei 33 und 18 Tage alten Tieren bestimmt. Der BDNF-mRNA Gehalt wurde im Cx (18. und 33. LT) und im STR (33. LT) untersucht. Des Weiteren sollte BDNF bei 33 Tage alten Hamstern mittels immunhistochemischer Markierung im Cx und STR untersucht werden. Die Untersuchung von BDNF im Cx ist deshalb wichtig, weil BDNF vom Cx in das STR trans-portiert wird. Zusätzlich wurde Parvalbumin (PV) zusammen mit Nkx 2.1 immunhistochemisch markiert und die mRNA-Expression von PV bei 18 und 33 Tage alten Tieren bestimmt. Ergebnisse: Für Nkx 2.1 konnte kein Unterschied in der Zelldichte zwischen dtsz- und Kontroll-hamstern gefunden werden. Ebenfalls gab es weder bei 18 noch bei 33 Tage alten Tieren einen Unterschied in der Nkx 2.1-mRNA-Expression. Unterschiede in der mRNA-Expression von KCC2 und CAH7 im STR (18. und 33. LT) lagen auch nicht vor. Die Expression der PV-mRNA im STR bei 33 Tage alten Tieren war jedoch erwartungsgemäß vermindert. Auf mRNA-Ebene konnte im Cx für BDNF kein Unterschied zwischen dtsz- und Kontrolltiergruppe gefunden wer-den. Bei beiden Tiergruppen wurde mittels ELISA im STR mehr BDNF nachgewiesen als im Cx und im R (18. und 33. LT) nachweisbar. Entgegen der Hypothese war nach Analyse der Daten mittels Zwei-Wege ANOVA eine geringe Erhöhung der BDNF-Expression im Cx und STR bei 33 Tage alten dtsz Hamstern nachweisbar. Dies lag daran, dass die BDNF-Expression nur bei den Kontrolltieren am 33. LT im Vergleich zum 18. LT herunterreguliert war. Die Ergebnisse der BDNF-Immunhistologie waren in Hinblick auf die Spezifität zweifelhaft. Schlussfolgerung: Die Nkx 2.1 Daten lassen auf eine ungestörte Migration striataler IN bei der dtsz Mutante schließen. Wahrscheinlich ist eine Ausreifungsstörung für den Mangel an GABAer-gen IN verantwortlich. Die Ergebnisse von KCC2 und CAH7 zeigen, dass keine generelle Ausreifungsstörung von GABAergen Neuronen vorliegt, wobei dies für kleinere Subpopulationen nicht ausgeschlossen werden kann. Entgegen der Arbeitshypothese konnte keine Verringerung sondern eine leichte Erhöhung von BDNF zum 33. LT bei der dtsz Hamstermutante festgestellt werden. Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass BDNF auf Grund der verzögert einsetzenden Entwicklung der IN nicht herunterreguliert wird. Die Gründe für diese Erhöhung wie auch weitere Marker für die neuronale Ausreifung werden durch weiterführende Studien untersucht.

Les interactions protéine - protéine sont au centre de nombreux processus biologiques, et représentent des cibles thérapeutiques pertinentes pour le traitement de certaines maladies. La conception de molécules antagonistes visant à inhiber ces interactions requiert la reconnaissance spécifique d’une des surfaces protéiques impliquées. Les foldamères de type oligoamides de quinoline constituent de bons candidats. Leur production et leur fonctionnalisation sont relativement aisées. Ils adoptent des structures hélicoïdales semblables à celles rencontrées dans les protéines. Grâce à différentes techniques biophysiques (CD, SPR, diffraction des rayons X), nous montrons que ces molécules sont aptes à reconnaître une surface protéique. Deux protéines cibles ont été choisies : l’interleukine 4 et l’anhydrase carbonique humaine II.La stratégie retenue dans ce travail (ancrage du foldamère à la protéine via un bras espaceur) nous a permis d’obtenir des informations structurales sur les interactions foldamère – protéine avant toute optimisation de ces interactions. La première structure 3D d’un complexe foldamère de quinoline complexée à une protéine est décrite. / Protein-protein interactions are a central issue in biological processes and represent relevant therapeutic targets for the treatment of diseases. The design of antagonistic molecules directed towards the disruption of these interactions requires the specific recognition of protein surfaces. Quinoline oligoamide foldamers present all the properties to reach that point. They are easily synthesized and fold into helices (similar to α helices) which can be decorated. Thanks to biophysical studies (CD, SPR, RX diffraction), we demonstrate that these molecules are able to recognize protein surfaces. Two proteins have been studied: the human interleukin 4 and the human carbonic anhydrase II.The applied strategy (keeping the foldamer close to the protein surface via a linker) allowed us to gather structural information about foldamer protein interactions before any strong binding is established. The first crystal structure between a protein and an aromatic amide foldamer is reported.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2009. / Härtill 4 uppsatser. Även tryckt utgåva.

It is widely known that early estimates about the binding properties of drug candidates are important in the drug discovery process. Surface plasmon resonance (SPR) biosensors have become a standard tool for characterizing interactions between a great variety of biomolecules and it offers a unique opportunity to study binding activity. The aim of this project was to develop a SPR based assay for pre-screening of low molecular weight (LMW) drug compounds, to enable filtering away disturbing compounds when interacting with drugs. The interaction between 47 LMW compounds and biological ligands were investigated using the instrument BiacoreTM, which is based on SPR-technology.

This dissertation describes the advantages and feasibility of newly synthesized near-infrared (NIR) bis-heptamethine cyanine (BHmC) dyes for non-covalent labeling schemes. The NIR BHmCs were synthesized for biomolecule assay. The advantages of NIR BHmCs for biomolecule labeling and the instrumental advantages of the near-infrared region are also demonstrated. Chapter 1 introduces the theory and applications of dye chemistry. For bioanalysis, this chapter presents covalent and non-covalent labeling. The covalent labeling depends on the functionality of amino acids and the non-covalent labeling relies on the binding site of a protein. Due to the complicated binding process in non-covalent labeling, this chapter also discusses the binding equilibria in spectroscopic and chromatographic analyses. Chapter 2 and 3 evaluate the novel BHmCs for non-covalent labeling with human serum albumin (HSA) and report the influence of micro-environment on BHmCs. The interesting character of BHmCs in aqueous solutions is that the dyes exhibit non- or low-fluorescence compared to their monomer counterpart, RK780. It is due to their H-type closed clam-shell form in the solutions. The addition of HSA or organic solvents opens up the clam-shell form and enhances fluorescence. The binding equilibria are also examed. Chapter 4 provides a brief introduction that summaries the use of capillary electrophoresis (CE), and offers a detailed instrumentation that discusses the importance and advantage of a detector in NIR region for CE separation. Chapter 5 focuses on the use of NIR cyanine dyes with capillary electrcophoresis with near-infrared laser induce fluorescence (CE-NIR-LIF) detection. The NIR dyes with different functional groups show that RK780 is a suitable NIR dye for HSA labeling. The use of BHmCs with CE-NIR-LIF reduces signal noises that are commonly caused by the interaction between NIR cyanine dyes and negatively charged capillary wall. In addition, bovine carbonic anhydrase II (BCA II) is applied to study the influence of hydrophobicity on non-covalent labeling. Finally, chapter 6 presents the conformational dependency of BHmCs on the mobility in capillary and evaluates the further possibility of BHmCs for small molecule detection. Acridine orange (AO) is used as a sample and it breaks up the aggregate and enhances fluorescence. The inserted AO into BHmC changes the mobility in capillary, owing to the conformational changes by AO.

Einleitung: Bei der Dystonie handelt es sich um eine Erkrankung des zentralen Nervensystems. Sie ist charakterisiert durch ungewollte, dauerhafte oder wiederkehrende Muskelkontraktionen, die zu abnormalen Bewegungsabläufen und Haltungen führen. Sie ist die dritthäufigste Bewe-gungsstörung beim Menschen. Bisherige Befunde beim Menschen und Untersuchungen an Tier-modellen weisen u.a. auf eine besondere Bedeutung der Basalganglien-Thalamus-Schleife hin, die an der Kontrolle von willkürlichen und unwillkürlichen Bewegungen beteiligt ist. So konnten bei unterschiedlichen Tiermodellen Veränderungen im Striatum (STR), der Eingangsstruktur der Basalganglien, nachgewiesen werden. Beim dtsz Hamster, einem gut etablierten Tiermodell für die paroxysmale Dystonie, konnte neben vielen striatalen Veränderungen eine Reduktion der GABAergen Interneurone (IN), wie Parvalbumin-positive (PV+) IN, zum Zeitpunkt der maximalen Ausprägung der Dystonie gezeigt werden. Ziele der Untersuchung: Die Gründe für den Mangel an striatalen GABAergen IN bei der dtsz Hamstermutante sollten weiter untersucht werden, indem der Frage nachzugehen war, ob beim dtsz Hamster eine Migrations- oder Ausreifungsstörung der IN vorliegt. Dazu wurde das Homöodomänprotein Nkx 2.1, als Marker für aus dem medialen Ganglienhügel eingewanderte IN, im STR der dtsz Hamstermutante untersucht. Die Expression des Brain-derived neurotrophic factors (BDNF), des Kalium-Chlorid-Kotransporters 2 (KCC2) und die zytosolische Carboanhydrase vom Isotyp 7 (CAH7) wurden als Indikatoren für die Ausreifung von GABAergen IN herangezogen. Tiere, Material und Methoden: Die Untersuchungen wurden vergleichend an dtsz Hamstern und Kontrollhamstern durchgeführt. Beim dtsz Hamster zeigt die Dystonie einen altersabhängigen Verlauf (Beginn: ca. 16. Lebenstag (LT); Maximum: 30.-42. LT; Remission: 70. LT). Deshalb wurden als Untersuchungszeitpunkte der 18. LT und der 33. LT gewählt. Um die Migration der striatalen IN zu untersuchen, wurde im STR bei 33 Tage alten Hamsterns die Dichte der immun-histochemisch markierten Nkx 2.1-positiven Zellen stereologisch ermittelt. Der mRNA-Gehalt wurde relativ mittels „quantitativer Echtzeit-PCR“ (qPCR) bestimmt. Zusätzlich wurde die mRNA-Expression von Nkx 2.1 bei 18 Tage alten Tieren untersucht. Von KCC2 und CAH7 wurde die mRNA mittels qPCR bei 18 und 33 Tage alten Hamstern im STR untersucht. Die Expression von BDNF wurde mittels ELISA-System im Kortex (Cx), STR und im restlichen Gehirngewebe („R“) bei 33 und 18 Tage alten Tieren bestimmt. Der BDNF-mRNA Gehalt wurde im Cx (18. und 33. LT) und im STR (33. LT) untersucht. Des Weiteren sollte BDNF bei 33 Tage alten Hamstern mittels immunhistochemischer Markierung im Cx und STR untersucht werden. Die Untersuchung von BDNF im Cx ist deshalb wichtig, weil BDNF vom Cx in das STR trans-portiert wird. Zusätzlich wurde Parvalbumin (PV) zusammen mit Nkx 2.1 immunhistochemisch markiert und die mRNA-Expression von PV bei 18 und 33 Tage alten Tieren bestimmt. Ergebnisse: Für Nkx 2.1 konnte kein Unterschied in der Zelldichte zwischen dtsz- und Kontroll-hamstern gefunden werden. Ebenfalls gab es weder bei 18 noch bei 33 Tage alten Tieren einen Unterschied in der Nkx 2.1-mRNA-Expression. Unterschiede in der mRNA-Expression von KCC2 und CAH7 im STR (18. und 33. LT) lagen auch nicht vor. Die Expression der PV-mRNA im STR bei 33 Tage alten Tieren war jedoch erwartungsgemäß vermindert. Auf mRNA-Ebene konnte im Cx für BDNF kein Unterschied zwischen dtsz- und Kontrolltiergruppe gefunden wer-den. Bei beiden Tiergruppen wurde mittels ELISA im STR mehr BDNF nachgewiesen als im Cx und im R (18. und 33. LT) nachweisbar. Entgegen der Hypothese war nach Analyse der Daten mittels Zwei-Wege ANOVA eine geringe Erhöhung der BDNF-Expression im Cx und STR bei 33 Tage alten dtsz Hamstern nachweisbar. Dies lag daran, dass die BDNF-Expression nur bei den Kontrolltieren am 33. LT im Vergleich zum 18. LT herunterreguliert war. Die Ergebnisse der BDNF-Immunhistologie waren in Hinblick auf die Spezifität zweifelhaft. Schlussfolgerung: Die Nkx 2.1 Daten lassen auf eine ungestörte Migration striataler IN bei der dtsz Mutante schließen. Wahrscheinlich ist eine Ausreifungsstörung für den Mangel an GABAer-gen IN verantwortlich. Die Ergebnisse von KCC2 und CAH7 zeigen, dass keine generelle Ausreifungsstörung von GABAergen Neuronen vorliegt, wobei dies für kleinere Subpopulationen nicht ausgeschlossen werden kann. Entgegen der Arbeitshypothese konnte keine Verringerung sondern eine leichte Erhöhung von BDNF zum 33. LT bei der dtsz Hamstermutante festgestellt werden. Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass BDNF auf Grund der verzögert einsetzenden Entwicklung der IN nicht herunterreguliert wird. Die Gründe für diese Erhöhung wie auch weitere Marker für die neuronale Ausreifung werden durch weiterführende Studien untersucht.

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