Cardenolides, induced responses, and interactions between above- and belowground herbivores of milkweed (Asclepias spp.).

Theory has long predicted allocation patterns for plant defense against herbivory, but only recently have both above- and belowground plant defenses been considered simultaneously. Milkweeds in the genus Asclepias are a classic chemically defended clade of plants with toxic cardenolides (cardiac glycosides) and pressurized latex employed as anti-herbivore weapons. Here we combine a comparative approach to investigate broadscale patterns in allocation to root vs. shoot defenses across species with a species-specific experimental approach to identify the consequences of defense allocational shifts on a specialist herbivore. Our results show phylogenetic conservatism for inducibility of shoot cardenolides by an aboveground herbivore, with only four closely related tropical species showing significant induction; the eight temperate species examined were not inducible. Allocation to root and shoot cardenolides was positively correlated across species, and this relationship was maintained after accounting for phylogenetic nonindependence. In contrast to long-standing theoretical predictions, we found no evidence for a trade-off between constitutive and induced cardenolides; indeed the two were positively correlated across species in both roots and shoots. Finally, specialist root and shoot herbivores of common milkweed (A. syriaca) had opposing effects on latex production, and these effects had consequences for caterpillar growth consistent with latex providing resistance. Although cardenolides were not affected by our treatments, A. syriaca allocated 40% more cardenolides to shoots over roots. We conclude that constitutive and inducible defenses are not trading off across plant species, and shoots of Asclepias are more inducible than roots. Phylogenetic conservatism cannot explain the observed patterns of cardenolide levels across species, but inducibility per se was conserved in a tropical clade. Finally, given that above- and belowground herbivores can systemically alter the defensive phenotype of plants, we concur with recent calls for a whole-plant perspective in testing models of plant defense allocation.

Molecular mechanisms of drug resistance in clinical Candida species isolated from tunisian hospitals.

Antifungal resistance of Candida species is a clinical problem in the management of diseases caused by these pathogens. In this study we identified from a collection of 423 clinical samples taken from Tunisian hospitals two clinical Candida species (Candida albicans JEY355 and Candida tropicalis JEY162) with decreased susceptibility to azoles and polyenes. For JEY355, the fluconazole (FLC) MIC was 8 μg/ml. Azole resistance in C. albicans JEY355 was mainly caused by overexpression of a multidrug efflux pump of the major facilitator superfamily, Mdr1. The regulator of Mdr1, MRR1, contained a yet-unknown gain-of-function mutation (V877F) causing MDR1 overexpression. The C. tropicalis JEY162 isolate demonstrated cross-resistance between FLC (MIC > 128 μg/ml), voriconazole (MIC > 16 μg/ml), and amphotericin B (MIC > 32 μg/ml). Sterol analysis using gas chromatography-mass spectrometry revealed that ergosterol was undetectable in JEY162 and that it accumulated 14α-methyl fecosterol, thus indicating a perturbation in the function of at least two main ergosterol biosynthesis proteins (Erg11 and Erg3). Sequence analyses of C. tropicalis ERG11 (CtERG11) and CtERG3 from JEY162 revealed a deletion of 132 nucleotides and a single amino acid substitution (S258F), respectively. These two alleles were demonstrated to be nonfunctional and thus are consistent with previous studies showing that ERG11 mutants can only survive in combination with other ERG3 mutations. CtERG3 and CtERG11 wild-type alleles were replaced by the defective genes in a wild-type C. tropicalis strain, resulting in a drug resistance phenotype identical to that of JEY162. This genetic evidence demonstrated that CtERG3 and CtERG11 mutations participated in drug resistance. During reconstitution of the drug resistance in C. tropicalis, a strain was obtained harboring only defective Cterg11 allele and containing as a major sterol the toxic metabolite 14α-methyl-ergosta-8,24(28)-dien-3α,6β-diol, suggesting that ERG3 was still functional. This strain therefore challenged the current belief that ERG11 mutations cannot be viable unless accompanied by compensatory mutations. In conclusion, this study, in addition to identifying a novel MRR1 mutation in C. albicans, constitutes the first report on a clinical C. tropicalis with defective activity of sterol 14α-demethylase and sterol Δ(5,6)-desaturase leading to azole-polyene cross-resistance.

Clinical and pharmacogenetic study on smoking and smoking cessation

Currently, smoking cessation represents one of the main strategies to reduce the incidence of tobacco-related diseases in the population. Smoking can also influence pharmacotherapy through several pharmacokinetic or pharmacodynamic interactions. Some of the most concerned drugs are those metabolized by the cytochrome P450 (CYP) 1A2 enzyme (e.g. caffeine, theophylline, clozapine, olanzapine, duloxetine), whose activity is induced by the polycyclic aromatic hydrocarbons found in tobacco smoke. This can result in a clinically significant decrease in the pharmacological effect of the drugs and the need of higher doses in smokers. Conversely, upon smoking cessation, toxic plasma levels of the drugs can be reached. The main objective of this thesis was to study the interindividual variability in CYP1A2 induction in a large cohort of smokers, by measuring CYP1A2 activity before smoking cessation and one month later in continuously abstinent subjects. For this purpose, a clinical study was conducted, including 194 smokers from the general population who wished to participate in a smoking cessation program and therefore received medical counseling and substitution therapy (nicotine or varenicline). An analytical method for the simultaneous quantification of nicotine, its metabolites and varenicline in plasma was developed and validated using ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. This method was used to confirm abstinence at different time points during the follow-up. Moreover, it was used to determine plasma levels of the smoking cessation drugs, to be used in the study of their pharmacogenetics, which was the secondary objective of this thesis. High interindividual variability in CYP1A2 induction by smoking was observed, ranging from no change to approximately 7 times decreased CYP1A2 activity after smoking cessation. Several clinical and genetic factors were investigated in an attempt to explain this variability. Firstly, a significant influence of CYP1A2*1F and *1D alleles, of contraceptive use and of the number of cigarettes smoked per day on CYP1A2 induced activity was observed, and of CYP1A2*1F and the use of contraceptives on the basal activity. But no influence of these factors was found on CYP1A2 inducibility. Given that known genetic polymorphisms in CYP1A2 gene were shown to explain only poorly the observed variations in activity, additional genetic factors were studied. SNPs in the CYP oxidoreductase (POR) gene were found to influence CYP1A2 basal activity, but not the induction. Finally, a pathway-based approach allowed to identify SNPs in genes coding for nuclear receptors (CAR, RXRa, VDR, PXR) and induction-mediating receptors (AhR), which significantly influenced CYP1A2 inducibility and basal activity (SNPs in the gene coding for CAR and RXRa). As secondary objective of the study, the pharmacogenetics of nicotine and varenicline is being investigated. Therefore, the nicotine metabolite ratio is used in the attempt to better explain nicotine dependence and the failure/success of quitting smoking. A population pharmacokinetic model is being developed for varenicline, integrating clinical and genetic factors (genes coding for its metabolizing enzymes and transporters), with the purpose of trying to predict efficacy and side effects. These findings suggest that the influence of smoking on pharmacotherapy could be better managed by including clinical and possibly in the future genetic factors, in the assessment of the adaptations needed when a person starts or stops smoking.  - L'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci. Le tabagisme peut influencer la thérapie médicamenteuse par des interactions pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques. Parmi les médicaments concernés, il y a ceux métabolisés par le cytochrome P450 (CYP) 1A2 (caféine, théophylline, clozapine, olanzapine, duloxétine, etc), dont l'activité enzymatique est induite par les hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans la fumée de cigarette. Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet pharmacologique du traitement et la nécessité d'augmenter les doses d'entretien chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, les taux plasmatiques des médicaments peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 dans une large cohorte de fumeurs, par la mesure de l'activité du CYP1A2 avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement pharmacologique (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique pour la quantification simultanée de la nicotine, ses métabolites et la varénicline dans le plasma par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem à été développée et validée. Cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude et déterminer les taux plasmatiques des médicaments, dans le but d'étudier leur pharmacogénétique. Une grande variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 par la fumée a été observée, parfois sans changement et pouvant aller jusqu'à une diminution d'environ 7 fois l'activité du CYP1A2 après l'arrêt de la cigarette. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Tout d'abord, on a observé une influence significative: des allèles CYP1A2*1F et *1D, des contraceptifs et du nombre de cigarettes fumées par jour sur l'activité induite du CYP1A2, ainsi que l'influence de l'allèle *1F et des contraceptifs sur l'activité basale. Cependant, aucune influence de ces facteurs n'a été démontrée sur l'inductibilité du CYP1A2. Étant donné que les polymorphismes génétiques du CYP1A2 apportent peu de renseignements sur la variabilité de son activité, des facteurs génétiques supplémentaires ont été étudiés. Des polymorphismes dans le gène POR (CYP oxidoreductase) ont été associés à l'activité basale du CYP1A2, mais pas à l'induction. Finalement, une approche basée sur la voie de signalisation du CYP1A2 a permis d'identifier des polymorphismes dans des gènes codant pour des récepteurs nucléaires (CAR, RXRa, VDR, PXR) et d'autres liés à l'induction (AhR) qui influencent significativement l'inductibilité et l'activité basale (les SNPs du CAR et RXRa). L'objectif secondaire de cette étude était d'investiguer la pharmacogénétique de la nicotine et de la varénicline. Le ratio métabolique de la nicotine est utilisé pour mieux expliquer la dépendance à la nicotine et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Un modèle pharmacocinétique de population est en cours de développement pour la varénicline, intégrant des facteurs cliniques et génétiques (gènes codant pour ses enzymes de métabolisme et transporteurs), pour tenter de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la pharmacothérapie serait mieux gérée par l'inclusion des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, génétiques, dans l'évaluation des adaptations nécessaires lorsqu'une personne fume ou arrête de fumer.  - l'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci dans la population. Le tabagisme peut influencer les traitements médicamenteux, soit en modifiant leur élimination par l'organisme, soit en agissant sur leur mode d'action. Parmi les médicaments les plus concernés, on retrouve par exemple: la caféine, la théophylline, la clozapine, l'olanzapine, la duloxétine, dont l'élimination est accélérée par la fumée de cigarette (induction enzymatique). Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet du traitement et la nécessité d'en augmenter les doses chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, on observe un ralentissement de la fonction enzymatique, qui a pour conséquence une augmentation du taux de médicament dans le sang, pouvant devenir toxique. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier comment cette induction par le tabac varie dans une population de fumeurs, par la mesure de l'activité de l'enzyme avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement médicamenteux (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique a été mise au point pour mesurer la quantité de nicotine, de ses produits de dégradation et de la varénicline dans le sang des participants à l'étude. De plus, cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude. Une grande variabilité interindividuelle a été observée dans l'induction de l'enzyme par la fumée; il en résulte aucun changement d'activité chez certains sujets après l'arrêt de la cigarette, alors que pour d'autres elle peut être diminuée jusqu'à 7 fois. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Premièrement, une influence sur l'activité de l'enzyme a été observée pour les contraceptifs hormonaux et le nombre de cigarettes fumées par jour, ainsi que pour certaines variations génétiques dans le gène codant pour l'enzyme d'intérêt, mais il η y a pas eu d'influence sur l'induction. Par la suite, des variations génétiques dans d'autres gènes influençant le fonctionnement de l'enzyme ont été associées soit avec son activité, soit avec son induction par le tabac. Finalement, l'étude propose également d'investiguer si le métabolisme de la nicotine a une influence sur la dépendance, les symptômes de sevrage et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Des variations génétiques dans les gènes du métabolisme de la varénicline sont également étudiées en lien avec les quantités de varénicline mesurées dans le sang ainsi que les effets du médicament. Ceci permettra peut-être de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la thérapie médicamenteuse serait mieux gérée en tenant compte des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, de la génétique dans l'adaptation des traitements, que la personne soit fumeuse ou en phase d'arrêt.

Crosstalk between xenobiotics metabolism and circadian clock.

Many aspects of physiology and behavior in organisms from bacteria to man are subjected to circadian regulation. Indeed, the major function of the circadian clock consists in the adaptation of physiology to daily environmental change and the accompanying stresses such as exposition to UV-light and food-contained toxic compounds. In this way, most aspects of xenobiotic detoxification are subjected to circadian regulation. These phenomena are now considered as the molecular basis for the time-dependence of drug toxicities and efficacy. However, there is now evidences that these toxic compounds can, in turn, regulate circadian gene expression and thus influence circadian rhythms. As food seems to be the major regulator of peripheral clock, the possibility that food-contained toxic compounds participate in the entrainment of the clock will be discussed.

Predator-prey chemical warfare determines the expression of biocontrol genes by rhizosphere-associated Pseudomonas fluorescens.

Soil bacteria are heavily consumed by protozoan predators, and many bacteria have evolved defense strategies such as the production of toxic exometabolites. However, the production of toxins is energetically costly and therefore is likely to be adjusted according to the predation risk to balance the costs and benefits of predator defense. We investigated the response of the biocontrol bacterium Pseudomonas fluorescens CHA0 to a common predator, the free-living amoeba Acanthamoeba castellanii. We monitored the effect of the exposure to predator cues or direct contact with the predators on the expression of the phlA, prnA, hcnA, and pltA genes, which are involved in the synthesis of the toxins, 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyrrolnitrin, hydrogen cyanide, and pyoluteorin, respectively. Predator chemical cues led to 2.2-, 2.0-, and 1.2-fold increases in prnA, phlA, and hcnA expression, respectively, and to a 25% increase in bacterial toxicity. The upregulation of the tested genes was related to the antiprotozoan toxicity of the corresponding toxins. Pyrrolnitrin and DAPG had the highest toxicity, suggesting that bacteria secrete a predator-specific toxin cocktail. The response of the bacteria was elicited by supernatants of amoeba cultures, indicating that water-soluble chemical compounds were responsible for induction of the bacterial defense response. In contrast, direct contact of bacteria with living amoebae reduced the expression of the four bacterial toxin genes by up to 50%, suggesting that protozoa can repress bacterial toxicity. The results indicate that predator-prey interactions are a determinant of toxin production by rhizosphere P. fluorescens and may have an impact on its biocontrol potential.

Treatment of advanced soft-tissue sarcomas using a combined strategy of high-dose ifosfamide, high-dose doxorubicin and salvage therapies.

Having determined in a phase I study the maximum tolerated dose of high-dose ifosfamide combined with high-dose doxorubicin, we now report the long-term results of a phase II trial in advanced soft-tissue sarcomas. Forty-six patients with locally advanced or metastatic soft-tissue sarcomas were included, with age <60 years and all except one in good performance status (0 or 1). The chemotherapy treatment consisted of ifosfamide 10 g m(-2) (continuous infusion for 5 days), doxorubicin 30 mg m(-2) day(-1) x 3 (total dose 90 mg m(-2)), mesna and granulocyte-colony stimulating factor. Cycles were repeated every 21 days. A median of 4 (1-6) cycles per patient was administered. Twenty-two patients responded to therapy, including three complete responders and 19 partial responders for an overall response rate of 48% (95% CI: 33-63%). The response rate was not different between localised and metastatic diseases or between histological types, but was higher in grade 3 tumours. Median overall survival was 19 months. Salvage therapies (surgery and/or radiotherapy) were performed in 43% of patients and found to be the most significant predictor for favourable survival (exploratory multivariate analysis). Haematological toxicity was severe, including grade > or =3 neutropenia in 59%, thrombopenia in 39% and anaemia in 27% of cycles. Three patients experienced grade 3 neurotoxicity and one patient died of septic shock. This high-dose regimen is toxic but nonetheless feasible in multicentre settings in non elderly patients with good performance status. A high response rate was obtained. Prolonged survival was mainly a function of salvage therapies.