Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.

Predators promote defence of rhizosphere bacterial populations by selective feeding on non-toxic cheaters.

Soil pseudomonads increase their competitiveness by producing toxic secondary metabolites, which inhibit competitors and repel predators. Toxin production is regulated by cell-cell signalling and efficiently protects the bacterial population. However, cell communication is unstable, and natural populations often contain signal blind mutants displaying an altered phenotype defective in exoproduct synthesis. Such mutants are weak competitors, and we hypothesized that their fitness depends on natural communities on the exoproducts of wild-type bacteria, especially defence toxins. We established mixed populations of wild-type and signal blind, non-toxic gacS-deficient mutants of Pseudomonas fluorescens CHA0 in batch and rhizosphere systems. Bacteria were grazed by representatives of the most important bacterial predators in soil, nematodes (Caenorhabditis elegans) and protozoa (Acanthamoeba castellanii). The gacS mutants showed a negative frequency-dependent fitness and could reach up to one-third of the population, suggesting that they rely on the exoproducts of the wild-type bacteria. Both predators preferentially consumed the mutant strain, but populations with a low mutant load were resistant to predation, allowing the mutant to remain competitive at low relative density. The results suggest that signal blind Pseudomonas increase their fitness by exploiting the toxins produced by wild-type bacteria, and that predation promotes the production of bacterial defence compounds by selectively eliminating non-toxic mutants. Therefore, predators not only regulate population dynamics of soil bacteria but also structure the genetic and phenotypic constitution of bacterial communities.

The role of Malt1 proteolytic activity in T cell activation and lymphoma development

Abstract Long term contact with pathogens induces an adaptive immune response, which is mainly mediated by T and B cells. Antigen-induced activation of T and B cells is an important event, since it facilitates the transition of harmless, low proliferative lymphocytes into powerful and fast expanding cells, which can, if deregulated, be extremely harmful and dangerous for the human body. One of the most important events during lymphocyte activation is the induction of NF-xB activity, a transcription factor that controls not only cytokine secretion, but also lymphocyte proliferation and survival. Recent discoveries identified the CBM complex as the central regulator of NF-xB activity in lymphocytes. The CBM complex consists of the three proteins Carma1, Bcl10 and Malt1, in which Carma1 serves as recruitment platform of the complex and Bcl10 as an adaptor to recruit Malt1 to this platform. But exactly how Malt1 activates NF-x6 is still poorly understood. We discovered that Malt1 is a protease, which cleaves its interaction partner Bcl10 upon T and B cell stimulation. We mapped the Bcl10 cleavage site by single point mutations as well as by a proteomics approach, and used this knowledge to design a fluorogenic Malt1 reporter peptide. With this tool were we able to the first time demonstrate proteolytic activity of Malt1 in vitro, using recombinant Malt1, and in stimulated T cells. Based on similarities to a metacaspase, we designed a Malt1inhibitor, which allowed unto investigate the role of Malt1 activity in T cells. Malt1-inhibited T cells showed a clear defect in NF-xB activity, resulting in impaired IL-2 cytokine secretion levels. We also found a new unexpected role for Bcl10; the blockade of Bcl10 cleavage resulted in a strongly impaired capability of stimulated T cells to adhere to the extracellular matrix protein fibronectin. Because of the central position of the C8M complex, it is not surprising that different lymphomas show abnormal expressions of Carma1, Bcl10 and Malt1. We investigated the role of Malt1 proteolytic activity in the most aggressive subtype of diffuse large B cell lymphomas called ABC, which was described to depend on the expression of Carmal, and frequently carries oncogenic Carmal mutations. We found constitutive high Malt1 activity in all tested ABC cell lines visualized by detection of cleavage products of Malt1 substrates. With the use of the Malt1-inhibitor, we could demonstrate that Malt-inhibition in those cells had two effects. First, the tumor cell proliferation was decreased, most likely because of lower autocrine stimulation by cytokines. Second, we could sensitize the ABC cells towards cell death, which is most likely caused by reduced expression of prosurvival NF-xB target gens. Taken together, we identified Malt1 as a protease in T and B cells, demonstrated its importance for NF-xB signaling and its deregulation in a subtype of diffuse large B cell lymphoma. This could allow the development of a new generation of immunomodulatory and anti-cancer drugs. Résumé Un contact prolongé avec des pathogènes provoque une réponse immunitaire adaptative qui dépend principalement des cellules T et 8. L'activation des lymphocytes T et B, suite à la reconnaissance d'un antigène, est un événement important puisqu'il facilite la transition pour ces cellules d'un état de prolifération limitée et inoffensive à une prolifération soutenue et rapide. Lorsque ce mécanisme est déréglé ìl peut devenir extrêmement nuisible et dangereux pour le corps humain. Un des événement les plus importants lors de l'activation des lymphocytes est l'induction du facteur de transcription NFxB, qui organise la sécrétion de cytokines ainsi que la prolifération et la survie des lymphocytes. Le complexe CBM, composé des trois protéines Carmai, Bc110 et Malt1, a été récemment identifié comme un régulateur central de l'activité de NF-x8 dans les lymphocytes. Carma1 sert de plateforme de recrutement pour ce complexe alors que Bc110 permet d'amener Malt1 dans cette plateforme. Cependant, le rôle exact de Malt1 dans l'activation de NF-tcB reste encore mal compris. Nous avons découvert que Malt1 est une protéase qui clive son partenaire d'interaction BcI10 après stimulation des cellules T et B. Nous avons identifié le site de clivage de BcI10 par une série de mutations ponctuelles ainsi que par une approche protéomique, ce qui nous a permis de fabriquer un peptide reporteur fluorogénique pour mesurer l'activité de Malt1. Grâce à cet outil, nous avons démontré pour la première fois l'activité protéolytique de Malt1 in vitro à l'aide de protéines Malt1 recombinantes ainsi que dans des cellules T stimulées. La ressemblance de Malt1 avec une métacaspase nous a permis de synthétiser un inhibiteur de Malt1 et d'étudier ainsi le rôle de l'activité de Malt1 dans les cellules T. L'inhibition de Malt1 dans les cellules T a révélé un net défaut de l'activité de NF-x8, ayant pour effet une sécrétion réduite de la cytokine IL-2. Nous avons également découvert un rôle inattendu pour Bcl10: en effet, bloquer le clivage de Bcl10 diminue fortement la capacité d'adhésion des cellules T stimulées à la protéine fïbronectine, un composant de la matrice extracellulaire. En raison de la position centrale du complexe CBM, il n'est pas étonnant que le niveau d'expression de Carmai, Bcl10 et Malt1 soit anormal dans plusieurs types de lymphomes. Nous avons examiné le rôle de l'activité protéolytique de Malt1 dans le sous-type le plus agressif des lymphomes B diffus à grandes cellules, appelé sous-type ABC. Ce sous-type de lymphomes dépend de l'expression de Carmai et présente souvent des mutations oncogéniques de Carma1. Nous avons démontré que l'activité de Malt1 était constitutivement élevée dans toutes les lignées cellulaires de type ABC testées, en mettant en évidence la présence de produits de clivage de différents substrats de Malt1. Enfin, l'utilisation de l'inhibiteur de Malt1 nous a permis de démontrer que l'inhibition de Malt1 avait deux effets. Premièrement, une diminution de la prolifération des cellules tumorales, probablement dûe à leur stimulation autocrine par des cytokines fortement réduite. Deuxièmement, une sensibilisation des cellules de type ABC à ia mort cellulaire, vraisemblablement causée par l'expression diminuée de gènes de survie dépendants de NF-tcB. En résumé, nous avons identifié Malt1 comme une protéase dans les cellules T et B, nous avons mis en évidence son importance pour l'activation de NF-xB ainsi que les conséquences du dérèglement de l'activité de Malt1 dans un sous-type de lymphome B diffus à larges cellules. Notre étude ouvre ainsi la voie au développement d'une nouvelle génération de médicaments immunomodulateurs et anti-cancéreux.

Ammonium accumulation and cell death in a rat 3D brain cell model of glutaric aciduria type I.

Glutaric aciduria type I (glutaryl-CoA dehydrogenase deficiency) is an inborn error of metabolism that usually manifests in infancy by an acute encephalopathic crisis and often results in permanent motor handicap. Biochemical hallmarks of this disease are elevated levels of glutarate and 3-hydroxyglutarate in blood and urine. The neuropathology of this disease is still poorly understood, as low lysine diet and carnitine supplementation do not always prevent brain damage, even in early-treated patients. We used a 3D in vitro model of rat organotypic brain cell cultures in aggregates to mimic glutaric aciduria type I by repeated administration of 1 mM glutarate or 3-hydroxyglutarate at two time points representing different developmental stages. Both metabolites were deleterious for the developing brain cells, with 3-hydroxyglutarate being the most toxic metabolite in our model. Astrocytes were the cells most strongly affected by metabolite exposure. In culture medium, we observed an up to 11-fold increase of ammonium in the culture medium with a concomitant decrease of glutamine. We further observed an increase in lactate and a concomitant decrease in glucose. Exposure to 3-hydroxyglutarate led to a significantly increased cell death rate. Thus, we propose a three step model for brain damage in glutaric aciduria type I: (i) 3-OHGA causes the death of astrocytes, (ii) deficiency of the astrocytic enzyme glutamine synthetase leads to intracerebral ammonium accumulation, and (iii) high ammonium triggers secondary death of other brain cells. These unexpected findings need to be further investigated and verified in vivo. They suggest that intracerebral ammonium accumulation might be an important target for the development of more effective treatment strategies to prevent brain damage in patients with glutaric aciduria type I.

An objective anisotropic elastic plastic model and Algorithm applicable to bone mechanics

The implicit projection algorithm of isotropic plasticity is extended to an objective anisotropic elastic perfectly plastic model. The recursion formula developed to project the trial stress on the yield surface, is applicable to any non linear elastic law and any plastic yield function.A curvilinear transverse isotropic model based on a quadratic elastic potential and on Hill's quadratic yield criterion is then developed and implemented in a computer program for bone mechanics perspectives. The paper concludes with a numerical study of a schematic bone-prosthesis system to illustrate the potential of the model.

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.

Multiplex ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for simultaneous quantification in human plasma of fluconazole, itraconazole, hydroxyitraconazole, posaconazole, voriconazole, voriconazole-N-oxide, anidulafungin, and caspofungin.

Therapeutic drug monitoring (TDM) may contribute to optimizing the efficacy and safety of antifungal therapy because of the large variability in drug pharmacokinetics. Rapid, sensitive, and selective laboratory methods are needed for efficient TDM. Quantification of several antifungals in a single analytical run may best fulfill these requirements. We therefore developed a multiplex ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) method requiring 100 μl of plasma for simultaneous quantification within 7 min of fluconazole, itraconazole, hydroxyitraconazole, posaconazole, voriconazole, voriconazole-N-oxide, caspofungin, and anidulafungin. Protein precipitation with acetonitrile was used in a single extraction procedure for eight analytes. After reverse-phase chromatographic separation, antifungals were quantified by electrospray ionization-triple-quadrupole mass spectrometry by selected reaction monitoring detection using the positive mode. Deuterated isotopic compounds of azole antifungals were used as internal standards. The method was validated based on FDA recommendations, including assessment of extraction yields, matrix effect variability (<9.2%), and analytical recovery (80.1 to 107%). The method is sensitive (lower limits of azole quantification, 0.01 to 0.1 μg/ml; those of echinocandin quantification, 0.06 to 0.1 μg/ml), accurate (intra- and interassay biases of -9.9 to +5% and -4.0 to +8.8%, respectively), and precise (intra- and interassay coefficients of variation of 1.2 to 11.1% and 1.2 to 8.9%, respectively) over clinical concentration ranges (upper limits of quantification, 5 to 50 μg/ml). Thus, we developed a simple, rapid, and robust multiplex UPLC-MS/MS assay for simultaneous quantification of plasma concentrations of six antifungals and two metabolites. This offers, by optimized and cost-effective lab resource utilization, an efficient tool for daily routine TDM aimed at maximizing the real-time efficacy and safety of different recommended single-drug antifungal regimens and combination salvage therapies, as well as a tool for clinical research.

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.

Glomus intraradices induces changes in root system architecture of rice independently of common symbiosis signaling

? Arbuscular mycorrhizal fungi colonize the roots of most monocotyledons and dicotyledons despite their different root architecture and cell patterning. Among the cereal hosts of arbuscular mycorrhizal fungi, Oryza sativa (rice) possesses a peculiar root system composed of three different types of roots: crown roots; large lateral roots; and fine lateral roots. Characteristic is the constitutive formation of aerenchyma in crown roots and large lateral roots and the absence of cortex from fine lateral roots. Here, we assessed the distribution of colonization by Glomus intraradices within this root system and determined its effect on root system architecture. ? Large lateral roots are preferentially colonized, and fine lateral roots are immune to arbuscular mycorrhizal colonization. Fungal preference for large lateral roots also occurred in sym mutants that block colonization of the root beyond rhizodermal penetration. ? Initiation of large lateral roots is significantly induced by G. intraradices colonization and does not require a functional common symbiosis signaling pathway from which some components are known to be needed for symbiosis-mediated lateral root induction in Medicago truncatula. ? Our results suggest variation of symbiotic properties among the different rice root-types and induction of the preferred tissue by arbuscular mycorrhizal fungi. Furthermore, signaling for arbuscular mycorrhizal-elicited alterations of the root system differs between rice and M. truncatula.

Selective abrogation of major histocompatibility complex class II expression on extrahematopoietic cells in mice lacking promoter IV of the class II transactivator gene.

MHC class II (MHCII) molecules play a pivotal role in the induction and regulation of immune responses. The transcriptional coactivator class II transactivator (CIITA) controls MHCII expression. The CIITA gene is regulated by three independent promoters (pI, pIII, pIV). We have generated pIV knockout mice. These mice exhibit selective abrogation of interferon (IFN)-gamma-induced MHCII expression on a wide variety of non-bone marrow-derived cells, including endothelia, epithelia, astrocytes, and fibroblasts. Constitutive MHCII expression on cortical thymic epithelial cells, and thus positive selection of CD4(+) T cells, is also abolished. In contrast, constitutive and inducible MHCII expression is unaffected on professional antigen-presenting cells, including B cells, dendritic cells, and IFN-gamma-activated cells of the macrophage lineage. pIV(-/-) mice have thus allowed precise definition of CIITA pIV usage in vivo. Moreover, they represent a unique animal model for studying the significance and contribution of MHCII-mediated antigen presentation by nonprofessional antigen-presenting cells in health and disease.

Revisiting the diacylglycerol-induced insulin resistance hypothesis.

Obesity is associated with skeletal muscle insulin resistance, which is a crucial step in the development of type 2 diabetes. Among the mechanisms by which obesity may lead to insulin resistance, lipotoxicity is one of the hypotheses being explored; others include inflammation or the oxidative stress hypotheses. This review focuses on the role of diacylglycerols (DAG), a family of lipid metabolites implicated in the pathogenesis of lipotoxicity and insulin resistance. While recent studies report contradictory results in humans with regard to the importance of DAG-induced insulin resistance in skeletal muscle, other current literature highlight a potential role for DAG as signalling molecules. This review will discuss possible hypotheses explaining these contradictory results and the need to explore further the role of DAG in human metabolism.

The SOCS3-independent expression of IDO2 supports the homeostatic generation of T regulatory cells by human dendritic cells.

Dendritic cells (DCs) are professional APCs that have a role in the initiation of adaptive immune responses and tolerance. Among the tolerogenic mechanisms, the expression of the enzyme IDO1 represents an effective tool to generate T regulatory cells. In humans, different DC subsets express IDO1, but less is known about the IDO1-related enzyme IDO2. In this study, we found a different pattern of expression and regulation between IDO1 and IDO2 in human circulating DCs. At the protein level, IDO1 is expressed only in circulating myeloid DCs (mDCs) and is modulated by PGE2, whereas IDO2 is expressed in both mDCs and plasmacytoid DCs and is not modulated by PGE2. In healthy subjects, IDO1 expression requires the presence of PGE2 and needs continuous transcription and translation, whereas IDO2 expression is constitutive, independent from suppressor of cytokine signaling 3 activity. Conversely, in patients suffering from inflammatory arthritis, circulating DCs express both IDO1 and IDO2. At the functional level, both mDCs and plasmacytoid DCs generate T regulatory cells through an IDO1/IDO2-dependent mechanism. We conclude that, in humans, whereas IDO1 provides an additional mechanism of tolerance induced by proinflammatory mediators, IDO2 is stably expressed in steady-state conditions and may contribute to the homeostatic tolerogenic capacity of DCs.

Peptabody-EGF: a novel apoptosis inducer targeting ErbB1 receptor overexpressing cancer cells.

The epidermal growth factor receptor (EGFR) plays a central role in cell life by controlling processes such as growth or proliferation. This receptor is commonly overexpressed in a number of epithelial malignancies and its upregulation is often associated with an aggressive phenotype of the tumor. Thus, targeting of EGFR represents a very promising challenge in oncology, and antibodies raised against this receptor have been investigated as potential antitumor agents. Various putative mechanisms of action were proposed for such antibodies, including decreased proliferation, induction of apoptosis, stimulation of the immunological response against targeted cancer cells or combinations thereof. We report here the development of an alternative high affinity molecule that is directed against EGFR. Production of this pentameric protein, named peptabody-EGF, includes expression in a bacterial expression system and subsequent refolding and multimerization of peptabody monomers. The protein complex contains 5 human EGF ligand domains, which confer specific binding towards the extracellular portion of EGFR. Receptor binding of the peptabody-EGF had a strong antiproliferative effect on different cancer cell lines overexpressing EGFR. However, cells expressing constitutive levels of the target receptor were barely affected. Peptabody-EGF treated cancer cells exhibited typical characteristics of apoptosis, which was found to be induced within 30 min after the addition of the peptabody-EGF. In vitro experiments demonstrated a significantly higher binding activity for peptabody-EGF than for the therapeutic monoclonal EGFR antibody Mab-425. Furthermore, the antitumor action provoked by the peptabody-EGF was greatly superior than antibody mediated effects when tested on EGFR overexpressing cancer cell lines. These findings suggest a potential application of this high affinity molecule as a novel tool for anti-EGFR therapy.

Postmortem computed tomography angiography, contrast medium administration and toxicological analyses in urine.

Postmortem angiography methods that use water soluble or lipid soluble liquid contrast compounds may potentially modify the composition of fluid-based biological samples and thus influence toxicological findings. In this study, we investigated whether toxicological investigations performed in urine collected prior to and post angiography using Angiofil? mixed with paraffin oil are characterized by different qualitative or quantitative results. In addition, we studied whether diluting samples with 1% and 3% contrast medium solution may modify molecule concentration. A postmortem angiography group consisting of 50 cases and a postmortem group without angiography consisting of 50 cases were formed. In the first group, toxicological investigations were performed in urine samples collected prior to and post angiography as well as in undiluted and diluted samples. In the second group, analyses were performed in undiluted and diluted urine, bile, gastric content, cerebrospinal and pericardial fluids collected during autopsy. The preliminary results indicate that differences may be observed between urine samples collected prior to and post angiography in the number of identified molecules in relation to specific cases. Analyses performed in diluted samples failed to reveal differences that might potentially alter the interpretation of toxicological results in all analyzed specimens for nearly all molecules, except for tetrahydrocannabinol and its metabolites. Though these findings suggest that toxicology might be effectively performed, in very special cases and for a large number of molecules, in biological samples collected after angiography, it remains recommendable to collect biological fluids for toxicology prior to contrast medium injection.

Oral insecticidal activity of root colonizing Pseudomonas fluorescens CHA0: a biocontrol agent with potential to control plant pests and diseases

The application of microbial biocontrol agents for the control of fungal plant diseases and plant insect pests is a promising approach in the development of environmentally benign pest management strategies. The ideal biocontrol organism would be a bacterium or a fungus with activity against both, insect pests and fungal pathogens. Here we demonstrate the oral insecticidal activity of the root colonizing Pseudomonas fluorescens CHA0, which is so far known for its capacity to efficiently suppress fungal plant pathogens. Feeding assays with CHA0-sprayed leaves showed that this strain displays oral insecticidal activity and is able to efficiently kill larvae of three important insect pests. We further show data indicating that the Fit insect toxin produced by CHA0 and also metabolites controlled by the global regulator GacA contribute to oral insect toxicity.