Influence du chondroïtine sulfate (CS) sur l’activité et l’expression de plusieurs isoformes du cytochrome P450 et de la NADPH P450 réductase

Le CS fait partie de la famille des SYSADOA (SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis) et est utilisé par les patients avec de l’ostéoarthrose de façon chronique pour ses propriétés anti-inflammatoires. Étant donné que ces patients reçoivent d’autres médicaments, il était intéressant de documenter les effets du CS sur le cytochrome P450 et la NADPH-réductase (NADPH). Pour cette étude, deux modèles ont été utilisés: des lapins témoins (LT) et des lapins avec une réaction inflammatoire (LRI) afin de diminuer l’activité et l’expression du CYP. Six groupes contenant chacun cinq lapins ont été utilisés: un groupe sans CS et deux groupes qui ont pris oralement dans l’eau approximativement 20.5 mg/kg/jour de CS pendant 20 et 30 jours; les lapins des trois groupes restants ont pris du CS comme décrit plus haut, mais ont reçu 5 ml sous-cutanées de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique (RIA) deux jours avant leur sacrifice, c’est-à-dire aux jours -2, 18 et 28. Les hépatocytes ont été isolés pour évaluer l’activité et l’expression du CYP3A6, CYP1A2 et NADPH et aussi le ARNm de ces protéines. In vitro, nous avons étudié l’effet de différentes concentrations de CS-disaccharides sulfatés, 4S, 6S, et 4,6S de CS, sur l’activité et l’expression du CYP1A2 et du CYP3A6. Pour documenter la présence de la réaction inflammatoire, nous avons mesure les mucoprotéines, dans le sérum des lapins avec une réaction inflammatoire. Aussi nous avons mesuré la présence de l’oxide nitrique (NO) chez les hépatocytes de lapins contrôles et chez les hépatocytes des lapins avec une réaction inflammatoire. La translocation nucléaire du NF-κB a été etudiée par fluorescence chez les hépatocytes. Par comparaison aux lapins témoins, l’administration du CS pendant 20 et 30 jours n’affecte pas l’activité du CYP3A6 et du CYP1A2. La RIA a augmenté les mucoprotéines à 95,1±5,7 vs 8,4±1,6 mg/dl dans les lapins témoins (p<0,05). La RIA a diminué l’activité du CYP3A6 de 62% et l’activité du CYP 1A2 de 54%. Le CS n’empêché pas la diminution du CYP1A2 produite par la RIA. Par ailleurs, le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression de la NADPH. La translocation nucléaire de NF-κB a été empêche par l’administration chronique de CS aux lapins avec RIA; en plus, la concentration de l’oxide nitrique n’a pas démontré une augmentation en présence de CS; par contre, CS n’empêche pas l’augmentation des séromucoïdes. Au contraire, CS affecte la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA. Dans ce group, CS a rétabli le niveau des protéines du CYP3A6 observé dans le group de lapins témoins. Pourtant cette croissance été independante de mRNA qui garde un niveau trés bas. Le plus remarcable a été la manière dont CS a augmenté la protéine du CYP3A6, sans avoir rétabli l’activité de cet isoforme. Finalement, in vitro, CS et ses trois disaccharides sulfatés (4S, 6S et 4,6S) n’affectent ni l’activité ni l’expression de CYP1A2, CYP3A6 et de la NADPH. En conclusion, l’administration chronique de CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du CYP1A2, ou la diminution du CYP1A2 produite par la réaction inflammatoire. Le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du NADPH. Cependant, CS empêche la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

Rôle des kinines dans la physiopathologie des effets secondaires causés par les héparines contaminées d’origine chinoise : approche expérimentale

En janvier 2008, une éclosion de réactions anaphylactoïdes (RA) potentiellement mortelles associées à l’injection intraveineuse d’héparine manufacturées en Chine et contaminée par le chondroïtine sulfate hypersulfaté (CSHS) a forcé le rappel de ces dernières par la U.S. Food and Drug Administration. Ces RA ont rapidement été attribuées à la libération de la bradykinine (BK) suite à l’activation du système de contact par le CSHS. Cependant, aucune évidence expérimentale définitive n’est à ce jour venue appuyer directement cette hypothèse. En se basant sur le nombre de morts déclaré et associé à la contamination (>150 morts au niveau mondial) ainsi qu’aux données épidémiologiques, qui stipulent que 25% des patients ayant développés une RA aux États-Unis étaient essentiellement des insuffisant rénaux en dialyse traités au moyen d’un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (iECA), nous avons émis l’hypothèse suivante : les RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine contaminée au CSHS sont de nature multifactorielle et complexe. Le but de notre travail est donc, dans un premier temps, d’évaluer le pouvoir kininoformateur du CSHS en présence d’un iECA et de le comparer à celui du sulfate de dextran, un activateur de référence du système de contact. Comme les RA associées à l’injection intraveineuse d’héparine contaminée par le CSHS se produisent généralement dans les premières minutes des séances de dialyse, nous allons étudier l’effet de la dilution du plasma sur la quantité de BK libérée en présence ou en absence d’un iECA. Nous allons également mesurer les profils cinétiques de la libération de la BK sur un plasma stimulé par différents lots d’héparine contaminée, et associée à des RA, et nous comparerons cette cinétique avec celles d’une héparine de référence complémentée ou non avec différentes concentrations de CSHS synthétique. Enfin, nous allons caractériser le profil de libération de la BK et de son métabolite actif, la des-Arg9-BK, dans le plasma de patients dialysé ayant présenté une RA associée à une membrane de dialyse chargée négativement. L’application de méthodes expérimentales développées dans notre laboratoire nous a permis de montrer, pour la première fois, que l’héparine contaminée au CSHS a la capacité de libérer la BK à des concentrations susceptibles d’expliquer le rôle de ce peptide inflammatoire dans la physiopathologie des RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine d’origine chinoise contaminée au CSHS.

Implication de l'apoptose des cellules endothéliales dans la libération de nouveau(x) médiateur(s) soluble(s) actif(s) sur le microenvironnemnt vasculaire

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Analyse des mécanismes d'échec des endoprothèses couvertes et stimulation de la formation néointimale in vitro : vers un meilleur traitement des anévrismes de l'aorte abdominale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Implication de l'apoptose des cellules endothéliales dans la libération de nouveau(x) médiateur(s) soluble(s) actif(s) sur le microenvironnemnt vasculaire

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Analyse des mécanismes d'échec des endoprothèses couvertes et stimulation de la formation néointimale in vitro : vers un meilleur traitement des anévrismes de l'aorte abdominale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Near-infrared spectroscopic study of basic aluminum sulfate and nitrate

The tridecameric Al-polymer [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ was prepared by forced hydrolysis of Al3+ up to an OH/Al molar ratio of 2.2. Under slow evaporation crystals were formed of Al13-nitrate. Upon addition of sulfate the tridecamer crystallised as the monoclinic Al13-sulfate. These crystals have been studied using near-infrared spectroscopy and compared to Al2(SO4)3.16H2O. Although the near-infrared spectra of the Al13-sulfate and nitrate are very similar indicating similar crystal structures, there are minor differences related to the strength with which the crystal water molecules are bonded to the salt groups. The interaction between crystal water and nitrate is stronger than with the sulfate as reflected by the shift of the crystal water band positions from 6213, 4874 and 4553 cm–1 for the Al13 sulfate towards 5925, 4848 and 4532 cm–1 for the nitrate. A reversed shift from 5079 and 5037 cm–1 for the sulfate towards 5238 and 5040 cm–1 for the nitrate for the water molecules in the Al13 indicate that the nitrate-Al13 bond is weakened due to the influence of the crystal water on the nitrate. The Al-OH bond in the Al13 complex is not influenced by changing the salt group due to the shielding by the water molecules of the Al13 complex.

Synthesis of a heparan sulfate mimetic disaccharide with a conformationally locked residue from a common intermediate

A simple mimetic of a heparan sulfate disaccharide sequence that binds to the growth factors FGF-1 and FGF-2 was synthesized by coupling a 2-azido-2-deoxy-D-glucosyl trichloroacetimidate donor with a 1,6-anhydro-2-azido-2-deoxy--D-glucose acceptor. Both the donor and acceptor were obtained from a common intermediate readily obtained from D-glucal. Molecular docking calculations showed that the predicted locations of the disaccharide sulfo groups in the binding site of FGF-1 and FGF-2 are similar to the positions observed for co-crystallized heparin-derived oligosaccharides obtained from published crystal structures.

The PG500 series : novel heparan sulfate mimetics as potent angiogenesis and heparanase inhibitors for cancer therapy

Heparan sulfate mimetics, which we have called the PG500 series, have been developed to target the inhibition of both angiogenesis and heparanase activity. This series extends the technology underpinning PI-88, a mixture of highly sulfated oligosaccharides which reached Phase III clinical development for hepatocellular carcinoma. Advances in the chemistry of the PG500 series provide numerous advantages over PI-88. These new compounds are fully sulfated, single entity oligosaccharides attached to a lipophilic moiety, which have been optimized for drug development. The rational design of these compounds has led to vast improvements in potency compared to PI-88, based on in vitro angiogenesis assays and in vivo tumor models. Based on these and other data, PG545 has been selected as the lead clinical candidate for oncology and is currently undergoing formal preclinical development as a novel treatment for advanced cancer.

A surface plasmon resonance-based solution affinity assay for heparan sulfate-binding proteins

A surface plasmon resonance-based solution affinity assay is described for measuring the Kd of binding of heparin/heparan sulfate-binding proteins with a variety of ligands. The assay involves the passage of a pre-equilibrated solution of protein and ligand over a sensor chip onto which heparin has been immobilised. Heparin sensor chips prepared by four different methods, including biotin–streptavidin affinity capture and direct covalent attachment to the chip surface, were successfully used in the assay and gave similar Kd values. The assay is applicable to a wide variety of heparin/HS-binding proteins of diverse structure and function (e.g., FGF-1, FGF-2, VEGF, IL-8, MCP-2, ATIII, PF4) and to ligands of varying molecular weight and degree of sulfation (e.g., heparin, PI-88, sucrose octasulfate, naphthalene trisulfonate) and is thus well suited for the rapid screening of ligands in drug discovery applications.

Heparan sulfate mediates the proliferation and differentiation of rat mesenchymal stem cells

The growth and differentiation of mesenchymal stem cells is controlled by various growth factors, the activities of which can be modulated by heparan sulfates. We have previously underscored the necessity of sulfated glycosaminoglycans for the FGF-2-stimulated differentiation of osteoprogenitor cells. Here we show that exogenous application of heparan sulfate to cultures of primary rat MSCs stimulates their proliferation leading to increased expression of osteogenic markers and enhanced bone nodule formation. FGF-2 can also increase the proliferation and osteogenic differentiation of rMSCs when applied exogenously during their linear growth. However, as opposed to exogenous HS, the continuous use of FGF-2 during in vitro differentiation completely blocked rMSC mineralization. Furthermore, we show that the effects of both FGF-2 and HS are mediated through FGF receptor 1 (FGFR1) and that inhibition of signaling through this receptor arrests cell growth resulting in the cells being unable to reach the critical density necessary to induce differentiation. Interestingly, blocking FGFR1 signaling in post-confluent osteogenic cultures significantly increased calcium deposition. Taken together our data clearly suggests that FGFR1 signaling plays an important role during osteogenic differentiation, firstly by stimulating cell growth that is closely followed by an inhibitory affect once the cells have reached confluence. It also underlines the importance of HS as a co-receptor for the signaling of endogenous FGF-2 and suggests that purified glycosaminoglycans may be attractive alternatives to growth factors for improved ex vivo growth and differentiation of MSCs.

Sustained release and osteogenic potential of heparan sulfate-doped fibrin glue scaffolds within a rat cranial model

This paper explores the potential therapeutic role of the naturally occurring sugar heparan sulfate (HS) for the augmentation of bone repair. Scaffolds comprising fibrin glue loaded with 5 lg of embryonically derived HS were assessed, firstly as a release-reservoir, and secondly as a scaffold to stimulate bone regeneration in a critical size rat cranial defect. We show HS-loaded scaffolds have a uniform distribution of HS, which was readily released with a typical burst phase, quickly followed by a prolonged delivery lasting several days. Importantly, the released HS contributed to improved wound healing over a 3-month period as determined by microcomputed tomography (lCT) scanning, histology, histomorphometry, and PCR for osteogenic markers. In all cases, only minimal healing was observed after 1 and 3 months in the absence of HS. In contrast, marked healing was observed by 3 months following HS treatment, with nearly full closure of the defect site. PCR analysis showed significant increases in the gene expression of the osteogenic markers Runx2, alkaline phosphatase, and osteopontin in the heparin sulfate group compared with controls. These results further emphasize the important role HS plays in augmenting wound healing, and its successful delivery in a hydrogel provides a novel alternative to autologous bone graft and growth factorbased therapies.

A Raman spectroscopic study of M2+M3+ sulfate minerals, römerite Fe2+Fe23+ (SO4)4· 14H2O and botryogen Mg2+Fe3+ (SO4)2(OH)·7H2O

The mixed valency (M2+M3+) sulphate minerals, römerite Fe2+Fe23+(SO4)4•14H2O and botryogen Mg2+Fe3+(SO4)2(OH).7H2O have been studied by Raman spectroscopy. The Raman spectra of the two types of crystals proved very similar but not identical. The observation of two symmetric stretching modes confirmed the presence of the two non-equivalent sulphate units in the römerite structure. The observation of multiple bands in the antisymmetric stretching region and in the bending regions proves the symmetry of the sulphate anion is significantly reduced in the römerite structure. The number of Raman bands related to the (SO4)2- symmetric and antisymmetric vibrations support the X-ray single crystal structure conclusion that two symmetrically distinct S6+ are present in the structure of botryogen. Römerite is a mineral of environmental significance as it is commonly found in tailings and dumps.