Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / La migration nucléaire du récepteur nucléaire CAR est l'événement central du modèle expliquant l'induction des gènes CYP2B par les inducteurs de type phénobarbital. Chez des souris CAR-négatives, l'induction des CYP2B est absente. Récemment, des résultats en contradiction avec ce rôle de CAR dans l'induction du gène Cyp2bl0 furent publiés sans que cette interprétation ne soit mentionnée. Afin de vérifier la validité de ces données cruciales, certaines des expériences présentées dans la publication susmentionnée furent répétées. Les résultats obtenus suggèrent que CAR est requis pour qu'il y ait induction du niveau d'ARNm de CYP2B10. Le rôle de la protéine de Wemer dans la transcription fut aussi étudié. Les résultats obtenus suggèrent qu'elle est impliquée dans la transcription des gènes CYP2B et qu'elle se fixe à différents facteurs transcriptionnels. Finalement, le rôle du GR dans l'induction des CYP2B fut étudié. Les résultats obtenus montrent que la GRU flanquant CYP2B2 possède un site accessoire putatif.

Le phénobarbital (PB) induit fortement la transcription des gènes hépatiques CYP2Bl et CYP2B2 chez le rat. L'inductibilité de ces deux gènes est conférée par un « enhancer » transcriptionnel de 163 paires de bases situé en amont du point d'initiation de la transcription: l'unité de réponse au PB (PBRU). La PBRU contient trois sites de liaison pour des récepteurs nucléaires: NRl, NR2 et NR3. Le modèle actuel d’induction prévoit que suite à l'exposition au PB, le récepteur nucléaire CAR est déplacé du cytoplasme vers le noyau ou il active la transcription des CYP2B en se fixant sur les sites NR de la PBRU. Les résultats obtenus suggèrent qu'il n'y a pas de corrélation évidente entre la liaison de CAR sur NR3 in vitro et l'induction observée dans des hépatocytes de rat en culture primaire. D'autres protéines peuvent se lier aux sites NRI et NR3 dont certaines se fixent sous forme de monomères et leur participation possible dans l'induction a été étudiée. D'autres analyses ont mis en évidence que CYP2B2 est une cible transcriptionnelle de l'hélicase Werner (WRN). Le syndrome de Werner est une maladie cliniquement associée à un vieillissement prématuré. Le gène WRN code pour une hélicase de la famille RecQ qui participe à la réparation de l'ADN, à la réplication et à la maintenance des télomères. Certaines études ont suggéré que WRN participe à la transcription associée à l'ARN polymérase II (Pol II) sans toutefois en préciser le rôle. Les résultats montrent que WRN est recrutée sur le promoteur de CYP2B2 en réponse au traitement au PB. De plus, le niveau basal et induit de CYP2B 1 0 est diminué dans des souris qui portent une délétion du domaine hélicase de Wrn comparativement à des souris sauvages. Enfin nous avons observé qu'il y a in vitro un site de liaison de WRN dans le promoteur de CYP2B2.

Les catalyseurs chimiques sont utilisés dans différents procédés de synthèse. Cependant, la pollution qu'ils causent sur l'environnement n’est pas prise en considération. Les procédés de synthèse chimique nécessitent généralement un grand volume de solvants organiques, produisant d’énormes quantités de déchets chimiques, souvent toxiques et non dégradables. Le remplacement des catalyseurs chimiques par des biocatalyseurs (enzymes) pourrait donc bénéficier de leur nature écologique et de leur grande sélectivité envers les produits désirés. Néanmoins, la faible activité et stabilité des enzymes ainsi que leurs coûts élevés sont des obstacles majeurs au développement des systèmes enzymatiques. Par conséquent, des études axées sur le développement de systèmes biocatalytiques plus actifs, stables et rentables, pouvant ouvrir les portes vers un environnement plus vert, sont très souhaitables. Parmi les enzymes qui catalysent des réactions d’importance dans de nombreux procédés de synthèse, le cytochrome P450 BM3 issu de Bacillus megaterium fait l'objet de cette thèse. L'enzyme est capable d’hydroxyler les liaisons C–H des acides gras (C₁₂-C₂) à température ambiante et pH physiologique. Pour cette réaction, BM3 n'a besoin que d’oxygène et de deux électrons habituellement obtenus de son cofacteur naturel, le NADPH. Cependant, pour engager cette enzyme dans les réactions d'hydroxylation, quelques obstacles importants doivent être surmontés : (i) le cofacteur coûteux (NADPH), devrait être remplacé par une source d'électrons moins chère ou régénérée, (ii) la stabilité enzymatique devrait être améliorée et (iii) l'enzyme devrait être facilement récupérable du milieu de réaction pour être réutilisée. Dans ce contexte, cette étude propose pour la première fois l'immobilisation d'un BM3 sur des nanoparticules magnétiques (NMP) d’oxyde de fer. Ce système enzymatique bénéficie (i) de la préférence de l'enzyme pour les cofacteurs NADH et BNAH (moins chers que le NADPH), (ii) de la réutilisation facile du biocatalyseur et (iii) d’une stabilité significative de l’enzyme lors du stockage. Les NMP synthétisées ont été fonctionnalisées pour permettre l’immobilisation de l'enzyme par adsorption ou liaison covalente. Par conséquent, les BM3-NMP adsorbées / réticulées ou liées de façon covalente ont été obtenues en immobilisant P450 BM3 (R966D / W1046S) sur Ni²⁺-PMIDA-NMP ou sur des NMP activés par glutaraldéhyde, respectivement. / L'activité de l’enzyme immobilisée a été comparée avec celle de l’enzyme libre dans la réaction d'hydroxylation du 10-pNCA comme substrat modèle. L'acide myristique a également été utilisé comme substrat modèle pour confirmer la capacité d’hydroxylation sélective de l’enzyme sur les atomes de carbone ω-1, -2 ou -3. Pour les mêmes conditions opératoires, le BM3 adsorbé / réticulé a montré plus de 85% de l'activité de l’enzyme libre, alors que pour les BM3-NMP liées de manière covalente cela représente 60%. La séparation facile des NMP du milieu réactionnel à l’aide d’un aimant a permis de réutiliser le système enzymatique cinq fois consécutives. Après 5 cycles de réaction, l'enzyme réticulée a conservé 100% de son activité initiale. Compte tenu que le recyclage de l’enzyme libre n’est pas faisable, ce résultat est d’une importance considérable dans les applications pratiques. De plus, la stabilité de l’enzyme pendant un mois de stockage à 4 ºC a été évaluée pour chaque système de BM3. Les résultats ont montré que l’enzyme libre n’était plus active après seulement une semaine de stockage dans ces conditions. L'enzyme réticulée n'a montré qu'une activité relative de 41% après un mois de stockage, mais pour le BM3 fixée de façon covalente, la valeur correspondante a été de 80%. La cinétique de l'hydroxylation du 10-pNCA en présence de l’enzyme libre ou immobilisée a été également étudiée. Sur la base des données expérimentales, un modèle de Hill (coefficient de Hill égal à 2) a été obtenu pour l'enzyme libre. Il a été démontré que les mêmes paramètres cinétiques sont capables de prédire le comportement du système BM3-adsorbé et BM3-réticulé dans la réaction d’hydroxylation, étant donné sa similarité avec celui de l’enzyme libre. En conclusion, les résultats de cette thèse ont montré qu'un système enzymatique actif, stable et rentable peut être obtenu en immobilisant le BM3 sur des NMP fonctionnalisées. Il bénéficie autant des avantages de l'enzyme que du support. Ainsi, l'immobilisation sur des NMP d’une enzyme spécialement conçue pour remplacer le couteux NADPH par des cofacteurs moins chers mais efficaces (NADH et BNAH) offre en même temps une amélioration significative de sa stabilité et facilite son recyclage. / MNPs have been synthesized and surface functionalized to attach the enzyme via two different methods, adsorption and covalent binding. Moreover, glutaraldehyde was used to treat the adsorbed enzyme molecules on MNPs (crosslinking-adsorption). Therefore, adsorbed, crosslinked-adsorbed, or covalently bound BM3-MNPs were obtained by immobilizing P450 BM3 on synthesized Ni²⁺-functionalized MNPs or glutaraldehyde pre-activated MNPs, respectively. The immobilized enzyme activity was compared to its free counterpart in hydroxylation reaction of 10-pNCA (10-(4-Nitrophenoxy) decanoic acid) as a substrate model. Myristic acid was also used as a substrate model to confirm the enzyme selective hydroxylation at ω-1, -2, or -3 carbon positions. The effect of cofactor (NADH and its analogue, BNAH) on the enzyme activity was also investigated. The adsorbed/crosslinked-adsorbed BM3 showed more than 85% of the free enzyme activity while the covalently bound BM3-MNPs presented 60% of the free enzyme activity under the same reaction conditions. An important feature of BM3-MNPs system is the possibility of recycling the biocatalyst. Facile separation of the magnetic nanoparticles from the reaction medium by applying a magnet provided the opportunity of reusing the enzymatic system for five times. After 5 cycles of reaction, the crosslinked-adsorbed enzyme retained 100% of its initial activity. Although the covalently bound enzyme showed, only half of the crosslinked-adsorbed enzyme activity, its storage stability was more significant. Taking into account that the enzyme reuse is an essential concern in many large-scale applications and the free BM3 cannot be recovered and reused, this result is noteworthy. Storage stability tests revealed that the free enzyme became inactive after one-week while the crosslinked-adsorbed enzyme and the covalently attached BM3 on MNPs showed 41% and 80% relative activity after one month, respectively. Finally, the steady-state kinetics of 10-pNCA hydroxylation by free and immobilized BM3 was investigated. Based on the experimental data, a non-Michaelis-Menten, Hill model (Hill coefficient of 2) was obtained for the free enzyme which could also predict the adsorbed and crosslinked-adsorbed BM3-MNPs system performance. This sigmoidal behavior was found to be independent of enzyme concentration and type of cofactor. However, since the enzyme activity was only 60% of the free enzyme for covalently bound BM3, further studies are necessary for a better understanding of this system. In summary, the results of this thesis show that an active, stable, and cost-effective BM3-MNPs system can be obtained by immobilizing an engineered BM3 on functionalized MNPs. Such systems benefit from the advantages of both enzyme and support. An engineered enzyme can fulfill the desired targets including the replacement of costly NADPH by less-expensive, yet effective cofactors namely NADH and BNAH. Furthermore, immobilization of this enzyme on MNPs improves its stability and facilitates the recycling process. / Chemical catalysts are used in different synthetic processes from lab to industrial scales. High reaction yields usually achieved by this type of processes favor their application in many industries without considering the pollution they cause to the environment. Chemical synthesis processes usually require a high volume of organic solvents and produce tons of chemical wastes which are often toxic and not degradable. Replacing conventional catalysts by biocatalysts (enzymes) can benefit from their environmentally friendly nature and high selectivity toward the desired products. Although the advantages of biocatalysts over chemical catalysts have been proven, the application of enzymes in an industrial level is still not considerable. The enzyme low activity, stability, and high cost are the main concerns in developing large-scale enzymatic systems. Therefore, in the context of a greener environment, studies focusing on the development of more active, stable, and cost-effective enzymatic systems are in great demand. Among several enzymes that can catalyze essential synthesis reactions, cytochrome P450 BM3 from Bacillus megaterium is the subject of this thesis. This enzyme hydroxylates the saturated and unsaturated C–H bonds of medium to long chain fatty acids at room temperature and physiological pH. For this reaction, BM3 only needs molecular oxygen and two electrons usually obtained from its natural cofactor, NADPH. However, to engage this enzyme in hydroxylation reactions, some important obstacles should be overcome: (i) the costly cofactor (NADPH) should be replaced by a cheaper source of electrons or regenerated, (ii) the enzyme stability should be improved, and (iii) the enzyme should be easily recovered from the reaction medium to be reused. In this context, this study proposes for the first time the immobilization of an optimized BM3 mutant on functionalized iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs). This enzymatic system benefits from (i) the enzyme preference towards cofactors like the reasonably priced NADH and the very cheap BNAH, (ii) facile recovery and reuse of the biocatalyst (enzyme-MNPs), and (iii) the enzyme significant storage stability.

Durant les dernières décennies, de nombreux cas d'interactions pharmacocinétiques drogue-drogue ont été répertoriés, menant parfois à des pathologies sérieuses et permanentes. Pour l'industrie pharmaceutique, il s'est alors avéré essentiel de bien caractériser l'activité métabolique de composés en phase clinique. Un des outils développé et utilisé en première ligne lors de la caractérisation des voies impliquées dans la métabolisation d'une drogue est l'essai in-vitro du cytochrome P450. Cet essai, utilisant une préparation hépatique, permet entre autres d'identifier la ou les enzymes responsables lors de la biotransformation d'un médicament. Parmi les différentes techniques d'analyse impliquées lors de la quantitatification de l'activité des enzymes du cytochrome P450, la chromatographie liquide avec détection en spectrométrie de masse demeure certes la plus utilisée et la mieux documentée. Toutefois, une grande diversité de paramètres d'analyse recensés dans la littérature rend la tâche ardue à l'analyste non aguerri. De plus, aucune méthode simple et standardisée, permettant d'évaluer l'activité de l'ensemble des neuf enzymes responsables de la métabolisation de la majorité des médicaments, n'est répertoriée. Dans cette optique, l'objectif du présent projet de maîtrise consistait au développement de stratégies analytiques en chromatographie liquide avec détection par spectrométrie de masse, pouvant être appliquées dans n'importe quel laboratoire possédant des instruments d'ancienne ou de nouvelle génération. Pour ce faire, une séparation tant en chromatographie liquide haute performance (HPLC) qu'en chromatographie liquide ultra performance (UPLC) a été mise au point. De surcroît, l'utilisation de spectromètres de masse à simple (MS) ou à triple quadripole (MS/MS) a été étudiée, dans le but de quantifier les metabolites des différents essais.

L'induction par le phénobarbital (PB) de gènes codant pour des cytochromes P450 (P450) est un phénomène d'intérêt autant dans l'étude du métabolisme des médicaments qu'en cancérologie. Les gènes CYP2B1 et CYP2B2 chez le rat sont induits de façon spectaculaire dans le foie de l'animal en réponse à une exposition au PB. La quantité d'ARN messagers des deux gènes combinés peut atteindre plus de cent fois le niveau normal. Cette augmentation de la transcription en réponse au PB dépend d'un segment de 163 paires de bases situé à environ 2.2 kilobases en amont du site d'initiation de la transcription des deux gènes. Ce segment se comporte comme un amplificateur transcriptionnel et constitue une unité de réponse au PB (PBRU). Le PBRU contient au moins trois sites putatifs de fixation pour des récepteurs nucléaires désignés NRl, NR2 et NR3. Le récepteur nucléaire CAR {constitutive androstane receptor) se déplace du cytoplasme vers le noyau en réponse au PB. Ce récepteur nucléaire a également la capacité de se fixer sur les sites NRl, NR2 et NR3 pour activer la transcription. Le rôle proposé de CAR dans la réponse au PB fut évalué dans un système de culture primaire d'hépatocytes de rat ainsi que dans des cellules CV-1. La conversion des sites NRl et NR2 en sites de haute affinité pour CAR fut utilisée afin d'évaluer la fonction de ces éléments de réponse. Par ailleurs, les segments d'ADN génomiques qui agissent comme amplificateurs transcriptionnels contiennent généralement plusieurs sites de fixation pour différents facteurs de transcription. L'analyse fonctionnelle du PBRU a servi de point de départ pour la mise au point d'une approche bioinformatique visant à identifier des segments d'ADN qui contiennent des regroupements statistiquement improbables de motifs signatures. La rareté de ces regroupements fut évaluée sur des distances de plusieurs mégabases afin d'en démontrer la corrélation avec les segments d'ADN génomique qui ont des propriétés régulatrices sur la transcription des gènes.

Chan Ho Yee. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2002. / Includes bibliographical references (leaves 121-138). / Abstracts in English and Chinese. / ACKNOWLEDGEMENTS --- p.II / ABSTRACT --- p.III / 摘要 --- p.V / ABBREVIATIONS --- p.VI / "TABLE OF CONTENTS, " --- p.VII / LIST OF FIGURES AND TABLES --- p.XI / Chapter CHAPTER 1 --- GENERAL INTRODUCTION --- p.1 / Xenobiotic-metabolizing enzymes --- p.1 / Cytochrome P450 1 family --- p.4 / CYP1A1 --- p.5 / CYP1A2 --- p.5 / CYP1B1 --- p.5 / Transactivation of CYP1 enzymes by Aryl hydrocarbon receptor (AhR) --- p.8 / Implication of PAHs and CYP1 family in breast cancer --- p.10 / Potential role of phytochemicals on cancer prevention --- p.11 / Significance of this project --- p.13 / Chapter CHAPTER 2 --- MATERIALS AND METHODS --- p.14 / Chemicals --- p.14 / Maintenance of cells --- p.14 / Preparation of cell stock --- p.14 / Cell recovery from liquid nitrogen stock --- p.15 / Measurement of cell viability --- p.15 / Preparation of cell lysates (NP-40 cell lysis buffer) --- p.15 / XRE-luciferase gene reporter assay --- p.16 / Manipulation of DNA and RNA --- p.17 / Separation and purification of DNA from agarose gel --- p.17 / Separation of DNA from acrylamide gel --- p.17 / Restriction digestion --- p.18 / Ligation of DNA fragments --- p.18 / Transformation of DH5 a --- p.19 / Small scale plasmid purification from DH5a (mini prep) --- p.19 / Large scale plasmid isolation from DH5a (maxi-prep) --- p.20 / Construction of XRE activated luciferase reporter gene --- p.21 / Measurement of DMBA-DNA adduct formation --- p.21 / Semi-quantitative RT-PCR Assay --- p.22 / ENZYME ACTIVITIES --- p.23 / Isolation of microsomes --- p.23 / EROD activities in intact cells --- p.23 / EROD inhibition assay --- p.24 / Stattstical Analysis --- p.24 / Chapter CHAPTER 3 --- BAICALEIN INHIBITS DMBA-DNA ADDUCT FORMATION BY MODULATING CYP1A1 AND 1B1 ACTIVITIES --- p.26 / Introduction --- p.26 / Results --- p.28 / EROD activities in MCF-7 cells and inhibition assay --- p.28 / Baicalein suppressed DMBA-induced XRE-driven luciferase activities --- p.31 / Baicalein inhibited DMBA-induced CYP1A1 and CYP1B1 mRNA expression --- p.31 / The cytotoxic effect of DMBA was reduced by baicalein --- p.35 / Inhibition of DMBA-DNA adduct formation after baicalein treatment --- p.35 / Discussion --- p.39 / Chapter CHAPTER 4 --- INHIBITION OF DMBA-DNA ADDUCT FORMATION BY (-)-EPIGALLOCATECHIN GALLATE AND THEAFLAVINS --- p.41 / Introduction --- p.41 / Results --- p.45 / Persistence of DMBA-induced DNA adducts --- p.45 / Inhibition of theaflavins and EGCG on human recombinant CYP1A1 and CYP1B1 enzyme activities --- p.48 / EGCG suppressed DMBA-induced EROD activity while thealfavin had no significant effect on this --- p.48 / Kinetic analysis of EGCG on CYP1A1 and CYP1B1 activities --- p.53 / Modulation of DMBA-induced XRE-driven luciferase activities by theaflavins and EGCG --- p.56 / The influence of theaflavins and EGCG on CYP1A1 and CYP1B1 abundance --- p.56 / Discussion --- p.65 / Chapter CHAPTER 5 --- ISOFLAVONES PREVENT DMBA-INDUCED CARCINOGENESIS BY INHIBITING CYP1A1 AND CYP1B1 ACTIVITIES --- p.67 / Introduction --- p.67 / Results --- p.70 / Isoflavones inhibited DMBA-induced EROD activity in MCF-7 cells --- p.70 / Inhibition of MCF-7 microsomal EROD activities by isoflavones --- p.70 / Kinetic analysis of the inhibition of human recombinant CYP1 enzymes by isoflavones --- p.74 / XRE-driven Luciferase activities --- p.83 / Both biochanin A and genistein suppressed DMBA-induced CYP1 mRNA expression --- p.83 / Cytotoxicity of DMBA and isoflavones co-treatment --- p.88 / Isoflavones reduced the binding of activated DMBA to DNA --- p.89 / Discussion --- p.93 / Chapter CHAPTER 6 --- IN VITRO EFFECTS OF BAICALEIN AND THEAFLAVINS ON RAT HEPATIC P450 ACTIVITIES --- p.96 / Introduction --- p.96 / Results --- p.98 / Inhibition of EROD and MROD activities in rat liver microsomes by baicalein --- p.98 / Effects of theaflavins on EROD and MROD activities in rat liver microsomes --- p.102 / Kinetic studies for EROD and MROD activities of theaflavins --- p.104 / DISCUSSION --- p.114 / Chapter CHAPTER 7 --- CONCLUSION --- p.116 / APPENDIX 1 PRIMER LISTS --- p.118 / APPENDIX 2 REAGENTS --- p.119 / BIBLIOGRAPHY --- p.121

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 glauciamariamfernandes_dissert.pdf: 1922219 bytes, checksum: f00f507bdc9bcdc1daa422a7965c5c41 (MD5) Previous issue date: 2013-12-12 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Introduction: The xenobiotics are exogenous substances to the organism, as N-nitrosamines, heterocyclic amines (HAs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), can which result in DNA adducts formation. Polymorphisms in genes involved in the metabolism of xenobiotics could contribute to this process and modulate the development of cancer. Objectives: To investigate the CYP1A1*2A (rs4646903), CYP1A1*2C (rs1048943), CYP2E1*5B (rs2031920), CYP1E1*6 (rs6413432), Tyr113His EPHX1 (rs1051740) and His139Arg EPHX1 (rs2234922) polymorphisms related to the metabolism of xenobiotics, the risk of sporadic colorectal (SCRC) cancer, the interaction of these polymorphisms with lifestyle (smoking and drinking) and clinical and histopathological parameters and to evaluate the association of SCRC with socio-demographic factors. Methods: A case-control study was conducted in 641 subjects in the Brazilian population (241 patients with colorectal cancer and 400 controls (individuals without a history of cancer). Real-Time PCR and PCR-RFLP was performed for genotyping. Statistical analysis was performed using the chi-square tet and multiple logistic regression binary. Results: The results showed statistically significant differences between the case and control groups for age greater than 50 years (OR=8.21, 95%CI=5.49-12.28, p<0.01) and male gender (OR=0.50, 95%CI=0.32-0.87, p<0.01) The analysis of polymorphisms revealed an association between the alleles polymorphic CYP2E1*5B (OR=2.84, 95%CI=1.78-4.52, p<0.01, additive model) and CYP2E1*6 (OR=2.78, 95%CI=1.91-4.06, p<0.01, additive model) and the SCRC. Tumor size, lymph node involvement and disease primary site were not associated with polymorphisms. Conclusion: The CYP2E1*5B and CYP2E1*6 polymorphisms are involved in the risk of SCRC and individuals with age &#8805; 50 years are more susceptible to this tumor type, of males are less susceptible. / Introducão: Os xenobióticos são substâncias exógenas ao organismo, tais como as N-nitrosaminas, aminas heterocíclicas (HAs) e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), que podem formar adutos de DNA. Polimorfismos em genes envolvidos no metabolismo dos xenobióticos podem contribuir com este processo e, consequentemente, modular o desenvolvimento de câncer. Objetivos: Investigar os polimorfismos CYP1A1*2A (rs 4646903), CYP1A1*2C (rs1048943), CYP2E1*5B (rs 2031920), CYP1E1*6 (rs 6413432), EPHX1 Tyr113His (rs1051740) e EPHX1 His139Arg (rs2234922), relacionados com o metabolismo dos xenobióticos, no risco de câncer de colorretal esporádico (CCRE), a interação desses polimorfismos com os hábitos de vida (tabagismo e etilismo) e parâmetros clínico-histopatológicos e avaliar a associação do CCRE com os fatores sócio-demográficos. Os Métodos: Um estudo caso-controle foi realizado em 641 indivíduos da população brasileira (241 pacientes com câncer de coloretal e 400 controles (indivíduos sem histórico de câncer). As técnicas de PCR em Tempo Real e PCR-RFLP foram realizadas para a genotipagem dos polimorfismos. A análise estatística utilizou os testes de Qui-Quadrado e Regressão Logística Múltipla Binária. Resultados: Os resultados mostraram diferenças estatisticamente significantes entre os grupos caso e controle para idade superior a 50 anos (OR=8,21; IC95%=5,49-12,28, p<0,01) e gênero masculino (OR=0,50; IC95%=0,32-0,87, p<0,01). A análise dos polimorfismos revelou associação entre os alelos polimórficos CYP2E1*5B (OR=2,84; IC95%=1,78-4,52; p<0,01, modelo aditivo) e CYP2E1*6 (OR=2,78; IC95%=1,91-4,06, p<0,01, modelo aditivo) e o CCRE. O tamanho do tumor, envolvimento de linfonodos e sítio primário da doença não foram associados com os polimorfismos. Conclusão: Os polimorfismos CYP2E1*5B e CYP2E1*6 estão envolvidos no risco de CCRE e indivíduos com idade superior ou igual a 50 anos são mais suscetíveis a este tipo tumoral, enquanto aqueles do gênero masculino são menos suscetíveis.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: With knowledge of the human genome increasing constantly we are continually faced with new and potentially groundbreaking methods for managing, treating and/or identifying diseases and predisposition to diseases and conditions at a genetic level. The human cytochrome P450 (CYP) super-family of genes code for enzymes that can participate in metabolism of drugs and foreign chemicals and in steroid synthesis and metabolism. Mutations in these genes may contribute to clinically relevant diseases. In this study, the effects of mutations within four CYP genes were evaluated in two South African disease groups - variegate porphyria and breast cancer. Variegate porphyria (VP) has an unusually high incidence in South Africa due to the R59W founder mutation in the protoporphyrinogen oxidase (PPOX) gene that causes a disruption in the haem biosynthetic pathway. VP presents with variable clinical symptoms and has a relatively low penetrance. It is expected that environmental factors and modifier genes play a role in the clinical expression of VP. CYP genes are implicated as candidate modifier genes for the expression of VP due to the function they have in metabolising many drugs contraindicated in porphyria patients, and the necessity of haem binding to the apoprotein to produce a functional CYP enzyme. This is the first study to investigate CYPs as possible modifier genes for VP clinical expression. Six CYP polymorphisms (CYPIAlml, CYPIAlm2, CYPIA2 - 734 C>A, CYPIBI 8372 A>C, CYP2D6*3, CYP2D6*4), associated with four CYP loci, were genotyped in a VP population and a suitable control population. The results observed are suggestive of CYPIAlml and CYPIBI playing a role as modifiers for the clinical expression of VP as they were significantly associated (P<O.05) with the presence ofVP related symptoms. Breast cancer is one of the leading causes of death in women due to cancer. It is believed that breast cancer may be the result of co-participation between common DNA alterations and environmental exposures. Polymorphisms in enzymes involved with the metabolism of environmental exposures, such as the cytochrome P450 enzymes, are therefore expected to play an aetiological role in breast cancer. Two groups of South African breast cancer patients (Caucasian and of mixed ancestry) and population-matched controls were genotyped for four CYP polymorphisms (CYPIAlml, CYPIAlm2, CYPIA2 -734 C>A and CYPIBI 8372 A>C). This represents the first investigation of the potential role of CYPs as breast cancer risk modifiers in the two South African populations. Significant differences were observed (P<O.003) in genotype and allele frequencies between the breast cancer patients and controls for the CYPIBI 8372 A>C polymorphism in the population of mixed ancestry. Vast differences in allele frequencies were also observed between the two groups of breast cancer populations. These results emphasize the importance of population-based risk assessment when genetic testing and counselling for complex disease susceptibility is offered. The results of this study provide the first evidence suggesting a role for CYPs in modifying the clinical expression of VP and in acting as risk factors for developing breast cancer in a South African population. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Met die konstante toename van kennis oor die mensgenoom kom ons voortdurend te staan voor nuwe metodes vir die beheer, behandeling en/of identifikasie van siektes en vatbaarheid vir siektes op 'n genetiese vlak. Die mens sitochroom P450 geensuperfamilie kodeer vir ensieme betrokke in die metabolisme van medisyne en ander chemiese stowwe en steroïed-sintese en -metabolisme. Mutasies in hierdie gene kan 'n bydrae lewer tot kliniese relevante siektes. In hierdie studie is die effek van mutasies in vier sitochroom gene bestudeer in twee Suid-Afrikaanse siekte groepe, variegate porfirie en borskanker. Variegate porfirie (VP) het 'n besonderse hoë frekwensie in Suid-Afrika as gevolg van die R59W stigter-mutasie in die protoporfirinogeen oksidase (PPOX) geen. Hierdie mutasie lei tot 'n versteuring in die heem biosintese padweg. VP presenteer met variërende kliniese simptome en het 'n betreklike lae penetrasie. Daar word vermoed dat omgewingsfaktore en kandidaat modifiserende gene 'n rol speel in die kliniese beeld van VP. Sitochroom P450 gene is geïdentifiseer as kandidaat modifiserende gene as gevolg van hulle rol in die metabolisme van verbode medikasie vir porfirie pasiënte, asook die binding van heem aan die apoproteïen wat noodsaaklik is vir die produksie van funksionele sitochroom P450 ensiem. Hierdie is die eerste studie wat sitochroom P450 gene as moontlike modifiserende gene vir die kliniese uitdrukking van VP ondersoek. Ses sitochroom P450 polimorfismes (CYPIAlml, CYPIAlm2, CYPIA2 -734 C>A, CYPIBI 8372 A>C, CYP2D6*3, CYP2D6*4) is ondersoek in beide 'n VP populasie en 'n geskikte kontrole populasie. Die resultate suggereer 'n rol vir CYPIAlml en CYPIBI in die modifisering van die kliniese uitdrukking van VP aangesien hulle betekenisvolle assosiasie (P<O.05) met die voorkoms van VP-verwante simptome getoon het. Borskanker IS een van die vernaamste oorsake van kankersterftes onder vroue. Borskanker IS waarskynlik die resultaat van interaksie tussen algemene DNSveranderinge en omgewings-blootstelling. Daar word dus verwag dat polimorfismes in ensieme betrokke by die metabolisme van omgewingselemente, soos byvoorbeeld die sitochroom P450 ensieme, 'n etiolgiese rol in borskanker sal speel. Die genotipes van twee groepe Suid-Afrikaanse borskanker lyers (Kaukasiërs en van gemengde herkoms) en populasie-passende kontroles is bepaal vir vier sitochroom P450 polimorfismes (CYPIAlml, CYPIAlm2, CYPIA2 -734 C>A, CYPIBI 8372 A>C). Hierdie studie verteenwordig die eerste ondersoek na die potensiële rol van sitochroom P450s as risiko-modifiserende faktore vir borskanker in die twee populasies. Betekenisvolle verskille (P<O.003) in genotipe en allele frekwensies is waargeneem tussen die borskanker lyers en kontroles vir die CYPIBI 8372 A>C polimorfisme in die gemengde herkoms populasie. Beduidende verskille in alleel frekwensies is ook waargeneem tussen die twee borskanker populasies. Hierdie resultate beklemtoon die belangrikheid van populasie gebaseerde risiko-beraming wanneer genetiese toetse en voorligting vir komplekse siekte-vatbaarheid aangebied word. Die resultate van hierdie studie bied die eerste getuienis dat sitochroom P450s 'n rol kan speel in die modifisering van die kliniese beeld van VP en ook kan optree as as risiko faktore vir die ontwikkeling van borskanker in 'n Suid-Afrikaanse populasie.

Thesis (MSc (Biochemistry))--University of Stellenbosch, 2005. / This study describes: 1. The cloning of baboon cytochrome P450 side-chain cleavage (CYP11A1) cDNA by in vitro site-directed mutagenesis. 2. The identification and sequencing of three baboon CYP11A1 mutants: CYP11A1a, CYP11A1b and CYP11A1c. 3. The expression and characterisation of baboon and human CYP11A1 cDNA, CYP11A1a, CYP11A1b and CYP11A1c in nonsteroidogenic COS-1 cells. The Km and V-values for the metabolism of 25-hydroxycholesterol were determined. 4. The construction of the first homology model of CYP11A1, using both mammalian (CYP2C5) and bacterial (CYP102) cytochromes P450 crystal structures as templates. 5. A structure/function study into the role of the amino acid residues Ile98, Lys103 and Thr291 in substrate binding and enzymatic activity. 6. The proposal of a topological model of the CYP11A1 active pocket as determined by substrate docking studies.

As metaloporfirinas (MeP) cloreto de 5,10,15,20-tetra(pentafluorofenill)porfirina de manganês (III) e ferro (III) (MnIIIP e FeIIIP) foram imobilizadas em matriz de sílica híbrida mesoporosa do tipo SBA-15. Os grupos silanóis da SBA-15 foram modificados com (3-aminopropil)trietoxissilano (APTES) e (3-aminopropil)dietoximetilsilano (APDES), que após a imobilização das metaloporfirinas geraram os catalisadores FeP-APSBA, FeP-APMSBA, MnP-APSBA e MnP-APMSBA. Um terceiro tipo de material foi preparado a partir da ligação de grupos trimetilsilil (TMS) nos catalisadores FeP-APSBA e MnP-APSBA, gerando outros dois catalisadores que foram denominados FeP-APSBA-TMS e MnP-APSBA-TMS. Os materiais foram caracterizados por FTIR, RD UV-Vis, TG/TGA MEV, MET e isotermas de adsorção e dessorção de N2 (BET/BJH). Para analisar a natureza da interação solvente-superfície nos materiais, foram determinadas medidas goniométricas de energia livre de superfície. Os catalisadores foram estudados na oxidação dos substratos (Z)-ciclo-octeno e ciclo-hexano, utilizando iodosilbenzeno (PhIO) como espécie doadora de oxigênio a fim de avalia-los como biomiméticos do citocromo P450. Os parâmetros estruturais foram comparados aos resultados catalíticos frente à formação da gaiola de solvente e das espécies intermediárias de alta valência, FeIV(O)P+. e MnV(O)P e estudar como esses fatores afetam o rendimento e a seletividade das reações catalisadas. As MeP-SBAs apresentaram uma faixa de rendimento de 88 a 47 % para epoxidação de (Z)-ciclo-octeno. Já na oxidação de ciclo-hexano houve formação de 2 a 8 % de ciclo-hexanol e 2 % de ciclo-hexanona. Observou-se maior seletividade para o álcool com as FeP-SBAs. / Manganese (III) and iron (III) 5,10,15,20- tetra(pentafluorophenyl) porphyrin (MnIIIP and FeIIIP ) chloride were immobilized in mesoporous silica hybrid matrix SBA-15. Silanol groups were modified with (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and (3-aminopropyl)diethoxymethylsilane (APDES), generating catalysts called FeP-APSBA, FeP-APMSBA, MnP-APSBA and MnP-APMSBA. A third type of material was prepared from the binding trimethylsilyl groups (TMS) in FeP-APSBA and MnP- APSBA catalysts generating the other two catalysts named FeP-APSBA-TMS and MnP-APSBA-TMS. The materials were characterized by FTIR , DR UV-Vis , TG/TGA SEM , TEM and adsorption and desorption isotherms of N2 (BET/BJH) and to analyze the materials solvent - surface interaction nature the were determined goniometric measurements of surface free energy. Catalysts were evaluated for (Z)- cyclooctene and cyclohexane oxidation mediated by iodosylbenzene (PhIO) as the oxygen donor species to evaluate their catalytic activity as cytochrome P450 biomimetics. Structural parameters were compared to catalytic results related to cage solvent formation and the intermediate species high valence FeIV(O)P+. and MnV(O) P and how these factors affect the yield and selectivity of catalysts. MeP-SBA\'s reactions showed a range of 88-47 % for epoxidation (Z)-cyclooctene and cyclohexane oxidation yielding 2 to 8 % of cyclohexanol and 2 % of cyclohexanone. In the latter case was observed a higher selectivity for alcohol with FeP-SBA\'s.