How accurate is the current picture of human genetic variation?

Our understanding of the distribution of worldwide human genomic diversity has greatly increased over recent years thanks to the availability of large data sets derived from short tandem repeats (STRs), insertion deletion polymorphisms (indels) and single nucleotide polymorphisms (SNPs). A concern, however, is that the current picture of worldwide human genomic diversity may be inaccurate because of biases in the selection process of genetic markers (so-called 'ascertainment bias'). To evaluate this problem, we first compared the distribution of genomic diversity between these three types of genetic markers in the populations from the HGDP-CEPH panel for evidence of bias or incongruities. In a second step, using a very relaxed set of criteria to prevent the intrusion of bias, we developed a new set of unbiased STR markers and compared the results against those from available panels. Contrarily to recent claims, our results show that the STR markers suffer from no discernible bias, and can thus be used as a baseline reference for human genetic diversity and population differentiation. The bias on SNPs is moderate compared to that on the set of indels analysed, which we recommend should be avoided for work describing the distribution of human genetic diversity or making inference on human settlement history.

VARIABILITY OF PHENOTYPIC, PROTEOMIC AND TRANSCRIPTOMIC EXPRESSION OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS SURFACE ADHESINS

Staphylococcus aureus is a highly successful pathogen responsible of a wide variety of diseases, from minor skin infection to life-threatening sepsis or infective endocarditis, as well as food poisoning and toxic shock syndrome. This heterogeneity of infections and the ability of S. aureus to develop antibiotic-resistance to virtually any available drugs reflect its extraordinary capacity to adapt and survive in a great variety of environments. The pathogenesis of S. aureus infection involves a wide range of cell wall-associated adhesins and extracellular toxins that promote host colonization and invasion. In addition, S. aureus is extremely well equipped with regulatory systems that sense environmental conditions and respond by fine tuning the expression of metabolic and virulence determinants. Surface adhesins referred to MSCRAMMs - for Microbial Surface Component Recognizing Adherence Matrix Molecules - mediate binding to the host extracellular matrix or serum components, including fibrinogen, fibronectin, collagen and elastin, and promote tissue colonization and invasion. Major MSCRAMMs include a family of surface-attached proteins covalently bound to the cell wall peptidoglycan via a conserved LPXTG motif. Genomic analyses indicate that S. aureus contain up to 22 LPXTG surface proteins, which could potentially act individually or in synergy to promote infection. In the first part of this study we determined the range of adherence phenotypes to fibrinogen and fibronectin among 30 carriage isolates of S. aureus and compared it to the adherence phenotypes of 30 infective endocarditis and 30 blood culture isolates. Overall there were great variations in in vitro adherence, but no differences were observed between carriage and infection strains. We further determined the relation between in vitro adherence and in vivo infectivity in a rat model of experimental endocarditis, using 4 isolates that displayed either extremely low or high adherence phenotypes. Unexpectedly, no differences were observed between the in vivo infectivity of isolates that were poorly and highly adherent in vitro. We concluded that the natural variability of in vitro adherence to fibrinogen and fibronectin did not correlate with in vivo infectivity, and thus that pathogenic differences between various strains might only be expressed in in vivo conditions, but not in vitro. Therefore, considering the importance of adhesins expression for infection, direct measurement of those adhesins present on the bacterial surface were made by proteomic approach. 5 In the second series of experiments we assessed the physical presence of the LPXTG species at the staphylococcal surface, as measured at various time points during growth in different culture media. S. aureus Newman was grown in either tryptic soy broth (TSB) or in Roswell Park Memorial Institute (RPMI) culture medium, and samples were removed from early exponential growth phase to late stationary phase. Experiments were performed with mutants in the global accessory-gene regulator (agr), surface protein A (Spa) and clumping factor A (ClfA). Peptides of surface proteins were recovered by "trypsin-shaving" of live bacteria, and semi-quantitative proteomic analysis was performed by tandem liquid-chromatography and mass-spectrometry (LC-MS). We also determined in parallel the mRNA expression by microarrays analysis, as well as the phenotypic adherence of the bacteria to fibrinogen in vitro. The surface proteome was highly complex and contained numerous proteins theoretically not belonging to the bacterial envelope, including ribosomal proteins and metabolic enzymes. Sixteen of the 21 known LPXTG species were detected, but were differentially expressed. As expected, 9 known agr-regulated proteins (e.g. including Spa, FnBPA, ClfA, IsdA, IsdB, SasH, SasD, SasG and FmtB) increased up to the late exponential growth phase, and were abrogated in agr-negative mutants. However, only Spa and SasH modified their proteomic and mRNA profiles in parallel in the parent and its agr negative mutant, while all other LPXTG proteins modified their proteomic profiles independently of their mRNA. Moreover, ClfA became highly transcribed and active in in vitro fibrinogen adherence tests during late growth (24h), whereas it remained poorly detected by proteomics. Differential expression was also detected in iron-rich TSB versus iron-poor RPMI. Proteins from the iron-regulated surface determinant (isd) system, including IsdA, IsdB and IsdH were barely expressed in iron-rich TSB, whereas they increased their expression by >10 time in iron-poor RPMI. We conclude that semi-quantitative proteomic analysis of specific protein species is feasible in S. aureus and that proteomic, transcriptomic and adherence phenotypes demonstrated differential profiles in S. aureus. Furthermore, peptide signatures released by trypsin shaving suggested differential protein domain exposures in various environments, which might be relevant for antiadhesins vaccines. A comprehensive understanding of the S. aureus physiology should integrate all these approaches.

Signaling cross-talk between peroxisome proliferator-activated receptor/retinoid X receptor and estrogen receptor through estrogen response elements.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) and retinoid X receptors (RXRs) are nuclear hormone receptors that are activated by fatty acids and 9-cis-retinoic acid, respectively. PPARs and RXRs form heterodimers that activate transcription by binding to PPAR response elements (PPREs) in the promoter of target genes. The PPREs described thus far consist of a direct tandem repeat of the AGGTCA core element with one intervening nucleotide. We show here that the vitellogenin A2 estrogen response element (ERE) can also function as a PPRE and is bound by a PPAR/RXR heterodimer. Although this heterodimer can bind to several other ERE-related palindromic response elements containing AGGTCA half-sites, only the ERE is able to confer transactivation of test reporter plasmids, when the ERE is placed either close to or at a distance from the transcription initiation site. Examination of natural ERE-containing promoters, including the pS2, very-low-density apolipoprotein II and vitellogenin A2 genes, revealed considerable differences in the binding of PPAR/RXR heterodimers to these EREs. In their natural promoter context, these EREs did not allow transcriptional activation by PPARs/RXRs. Analysis of this lack of stimulation of the vitellogenin A2 promoter demonstrated that PPARs/RXRs bind to the ERE but cannot transactivate due to a nonpermissive promoter structure. As a consequence, PPARs/RXRs inhibit transactivation by the estrogen receptor through competition for ERE binding. This is the first example of signaling cross-talk between PPAR/RXR and estrogen receptor.

In vivo characterization of sunitinib eluting beads

Purpose: To study the pharmacokinetics and potential toxicity of sunitinib eluting beads in an animal modelMaterials: Healthy New-Zealand white rabbits were used. 8 animals received 0.2ml of DC Beads loaded with 6mg of sunitinb intra arterially in the hepatic artery (group 1) and 4 animals received 6mg of sunitinib administered orally (group 2). In group 1, animals were sacrificed 6 hours (n=4) and 24 hours (n=4) after embolization. In group 2, animals were sacrificed 6 hours (n=2) and 24 hours (n=2) after oral administration of sunitinib. Liver enzymes were measured at 0, 6 and 24 hours in both groups. Plasmatic sunitinib concentration was measured by LC MS/MS tandem mass spectroscopy at 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 24 hours. At sacrifice, the livers were harvested and sunitinib concentration in liver tissue was assessed by LC MS/MS tandem mass spectroscopy.Results: After embolization we observed an expected elevation of AST and ALT. Serial plasmatic measurments after embolization showed a very low sunitinib concentration (<50ng/ml). Measurment of sunitinib in the embolized liver tissue showed a very high concentration at 6 hours (3870ng/ml) and 24 hours (4741.7ng/ml).Conclusions: Sunitinib eluting beads are well tolerated by rabbits when administered intra-arterially in the hepatic artery. No unexpected toxicity was observed. Very high drug concentration canbe obtained at the site of embolization with minimal systemic passage.

Four 13-lipoxygenases contribute to rapid jasmonate synthesis in wounded Arabidopsis thaliana leaves: a role for lipoxygenase 6 in responses to long-distance wound signals.

Damage-inducible defenses in plants are controlled in part by jasmonates, fatty acid-derived regulators that start to accumulate within 30 s of wounding a leaf. Using liquid chromatography-tandem mass spectrometry, we sought to identify the 13-lipoxygenases (13-LOXs) that initiate wound-induced jasmonate synthesis within a 190-s timeframe in Arabidopsis thaliana in 19 single, double, triple and quadruple mutant combinations derived from the four 13-LOX genes in this plant. All four 13-LOXs were found to contribute to jasmonate synthesis in wounded leaves: among them LOX6 showed a unique behavior. The relative contribution of LOX6 to jasmonate synthesis increased with distance from a leaf tip wound, and LOX6 was the only 13-LOX necessary for the initiation of early jasmonate synthesis in leaves distal to the wounded leaf. Herbivory assays that compared Spodoptera littoralis feeding on the lox2-1 lox3B lox4A lox6A quadruple mutant and the lox2-1 lox3B lox4A triple mutant revealed a role for LOX6 in defense of the shoot apical meristem. Consistent with this, we found that LOX6 promoter activity was strong in the apical region of rosettes. The LOX6 promoter was active in and near developing xylem cells and in expression domains we term subtrichomal mounds.

Molecular evolution of the Drosophila olfactory system

The olfactory system is an attractive model to study the genetic mechanisms underlying evolution of the nervous system. This sensory system mediates the detection and behavioural responses to an enormous diversity of volatile chemicals in the environment and displays rapid evolution, as species acquire, modify and discard olfactory receptors and circuits to adapt to new olfactory stimuli. Drosophilids provide an attractive model to study these processes. The availability of 12 sequenced genomes of Drosophila species occupying diverse ecological niches provides a rich resource for genomic analyses. Moreover, one of these species, Drosophila melanogaster, is amenable to a powerful combination of genetic and electrophysiological analyses. D. melanogaster has two distinct families of olfactory receptors to detect odours, the well-characterised Odorant Receptors (ORs) and the recently identified lonotropic Receptors (IRs). In my thesis, I have provided new insights into the genetic mechanisms underlying olfactory system evolution through three distinct, but interrelated projects. First, I performed a comparative genomic analysis of the IR repertoire in 12 sequenced Drosophila species, which has revealed that the olfactory IRs are highly conserved across species. By contrast, a large fraction of IRs that are not expressed in the olfactory system - and which may be gustatory receptors - are much more variable in sequence and gene copy number. Second, to identify ligands for IR expressing olfactory sensory neurons, I have performed an electrophysiological screen in D. melanogaster using a panel of over 160 odours. I found that the IRs respond to a number of amines, aldehydes and acids, contrasting with the chemical specificity of the OR repertoire, which is mainly tuned to esters, alcohols and ketones. Finally, the identification of ligands for IRs in this species allowed me to investigate in detail the molecular and functional evolution of a tandem array of IRs, IR75a/IR75b/IR75c, in D. sechellia. This species is endemic to the Seychelles archipelago and highly specialised to breed on the fruits of Morinda citrifolia, which is repulsive and toxic for other Drosophila species. These studies led me to discover that receptor loss, changes in receptor specificity and changes in receptor expression have likely played an important role during the evolution of these IRs in D. sechellia. These changes may explain, in part, the unique chemical ecology of this species. - Le système olfactif est un excellent modèle pour étudier les mécanismes génétiques impliqués dans l'étude de l'évolution du système nerveux. Ce système sensoriel permet la détection de nombreux composés volatils présents dans l'environnement et est à la base des réponses comportementales. Il est propre à chaque espèce et évolue rapidement en modifiant ou en éliminant des récepteurs et leurs circuits olfactifs correspondants pour s'adapter à de nouvelles odeurs. Pour étudier le système olfactif et son évolution, nous avons décidé d'utiliser la drosophile comme modèle. Le séquençage complet de 12 souches de drosophiles habitant différentes niches écologiques permet une analyse génomique conséquente. De plus, l'une de ces espèces Drosophila melanogaster permet la combinaison d'analyses génétiques et électrophysiologiques. En effet, D. melanogaster possède 2 familles distinctes de récepteurs olfactifs qui permettent la détection d'odeurs: les récepteurs olfactifs (ORs) étant les mieux caractérisés et les récepteurs ionotropiques (IRs), plus récemment identifiés. Au cours de ma thèse, j'ai apporté des nouvelles connaissances qui m'ont permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques à la base de l'évolution du système olfactif au travers de trois projets différents, mais interdépendants. Premièrement, j'ai réalisé une analyse génomique comparative de l'ensemble des IRs dans les 12 souches de drosophiles séquencées jusqu'à présent. Ceci a montré que les récepteurs olfactifs IRs sont hautement conservés parmi l'ensemble de ces espèces. Au contraire, une grande partie des IRs qui ne sont pas exprimés dans le système olfactif, et qui semblent être des récepteurs gustatifs, sont beaucoup plus variables dans leur séquence et dans le nombre de copie de gènes. Deuxièmement, pour identifier les ligands des récepteurs IRs exprimés par les neurones sensoriels olfactifs, j'ai réalisé une étude électrophysiologique chez D. melanogaster e η testant l'effet de plus de 160 composés chimiques sur les IRs. J'ai trouvé que les IRs répondent à un nombre d'amines, d'aldéhydes et d'acides, contrairement aux récepteurs olfactifs ORs qui eux répondent principalement aux esthers, alcools et cétones. Finalement, l'identification de ligands pour les IRs dans ces espèces m'a permis d'étudier en détail l'évolution fonctionnelle et moléculaire des IR75a/IR75b/IR75c dans D. sechellia. Cette espèce est endémique de l'archipel des Seychelles et se nourrit spécifiquement du fruit Morinda citrifolia qui est répulsif et toxique pour d'autres souches de drosophiles. Ces études m'ont poussé à découvrir que, la perte de IR75a, le changement dans la spécificité de IR75b ainsi que le changement dans l'expression de IR75c ont probablement joué un rôle important dans l'évolution des IRs chez D. sechellia. Ces changements peuvent expliquer, en partie, l'écologie chimique propre à cette espèce. Résumé français large public Le système olfactif permet aux animaux de détecter des milliers de molécules odorantes, les aidant ainsi à trouver de la nourriture, à distinguer si elle est fraîche ou avariée, à trouver des partenaires sexuels, ainsi qu'à éviter les prédateurs. Selon l'environnement et le mode de vie des espèces, le système olfactif doit détecter des odeurs très diverses ; en effet, un moustique qui recherche du sang humain pour se nourrir doit détecter des odeurs bien différentes d'une abeille qui recherche des fleurs. Dans ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment les systèmes olfactifs d'une espèce évoluent pour s'adapter aux exigences induites par son environnement. Un très bon modèle pour étudier cela est la drosophile dont les différentes espèces se nichent dans des habitats très divers. Pour ce faire, j'ai étudié les récepteurs olfactifs de différentes espèces de la drosophile. Ces récepteurs sont des protéines qui se lient à des odeurs spécifiques. Lorsqu'ils se lient, ils activent un neurone qui envoie un signal électrique au cerveau. Ce signal est ensuite traité par ce dernier qui indique à la mouche si l'odeur est attractive ou répulsive. J'ai identifié les récepteurs olfactifs de plusieurs espèces de drosophile et étudié s'il y avait des différences entre elles. La plupart des récepteurs sont similaires entre les espèces, cependant dans l'une d'entre elles, certains récepteurs sont différents. Ce fait est particulièrement intéressant car cette espèce de drosophile se nourrit de fruits que les autres espèces n'apprécient pas. Comme nous ne savons pas quels récepteurs se lient à quelles odeurs, j'ai testé un grand nombre de composants odorants. Ceci m'a permis de constater que, effectivement, certains changements produits dans ces récepteurs expliquent pourquoi cette espèce aime particulièrement ces fruits. En outre, mes résultats contribuent à mieux comprendre les changements génétiques qui sont impliqués dans l'évolution du système olfactif.

DNA fingerprinting of glioma cell lines and considerations on similarity measurements.

Glioma cell lines are an important tool for research in basic and translational neuro-oncology. Documentation of their genetic identity has become a requirement for scientific journals and grant applications to exclude cross-contamination and misidentification that lead to misinterpretation of results. Here, we report the standard 16 marker short tandem repeat (STR) DNA fingerprints for a panel of 39 widely used glioma cell lines as reference. Comparison of the fingerprints among themselves and with the large DSMZ database comprising 9 marker STRs for 2278 cell lines uncovered 3 misidentified cell lines and confirmed previously known cross-contaminations. Furthermore, 2 glioma cell lines exhibited identity scores of 0.8, which is proposed as the cutoff for detecting cross-contamination. Additional characteristics, comprising lack of a B-raf mutation in one line and a similarity score of 1 with the original tumor tissue in the other, excluded a cross-contamination. Subsequent simulation procedures suggested that, when using DNA fingerprints comprising only 9 STR markers, the commonly used similarity score of 0.8 is not sufficiently stringent to unambiguously differentiate the origin. DNA fingerprints are confounded by frequent genetic alterations in cancer cell lines, particularly loss of heterozygosity, that reduce the informativeness of STR markers and, thereby, the overall power for distinction. The similarity score depends on the number of markers measured; thus, more markers or additional cell line characteristics, such as information on specific mutations, may be necessary to clarify the origin.

Haemodialysis acutely reduces the plasma levels of ADMA without reversing impaired NO-dependent vasodilation

Rapport de synthèse : Introduction: la prévalence de l'insuffisance rénale chronique (IRC) augmente et malgré les traitements de remplacement rénal telle que la transplantation ou la dialyse, la mortalité chez des patients atteints d'une IRC reste très élevée. Les maladies cardiovasculaires sont la cause principale de mortalité chez ces patients, et le risque de décès dú à une complication cardiovasculaire est chez eux accru de 10 à 20 fois par rapport à la population générale. Méme si les facteurs de risque cardiovasculaires «traditionnels », principalement l'hypertension artérielle et le diabète sont très prévalents chez les patients avec IRC, ils sont insuffisants pour expliquer l'excès de mortalité cardiovasculaire. D'autres facteurs de risques « nontraditionnels » comme l'accumulation du diméthylarginine asymétrique (ADMA), un inhibiteur endogène de la synthase d'oxyde d'azote (NO), semblent aussi être importants. Chez les patients avec IRC, des taux élevés d'ADMA sont un puissant facteur prédictif indépendant de la mortalité cardiovasculaire. Il a également été démontré chez des souris que l'ADMA peut étre une cause directe de dysfonction endothéliale. Cette dernière joue un rôle primordial dans le développement de l'athérosclérose, cause principale des complications cardiovasculaires. Le but du présent travail est de tester l'hypothèse qu'une réduction du taux d'ADMA après une séance unique d'hémodialyse améliore la dysfonction endothéliale. Méthodes: la dysfonction endothéliale peut être évaluée dans les microvaisseaux de la péan de façon non invasive par fluxmétrie laser Doppler. La vasodilatation cutanée induite par un échauffement local de 34° à 41 °C (hyperémie thermique) est connue pour être dépendante de la production endothéliale de NO et a été utilisée dans plusieurs études cliniques pour évaluer la dysfonction endothéliale. Nous avons recruté 24 patients traités par hémodialyse chronique et également 24 sujets contrôles du même âge et sexe. Chez les patients dialysés, l'hyperémie thermique est mesuré une fois directement avant une séance d'hémodialyse, et une fois directement après une autre séance, toutes deux distantes de 2 à 7 jours. En même temps, les taux plasmatiques d'ADMA sont mesurés par la méthode de spectrométrie de masse en tandem. Chez les sujets contrôle, l'hyperémie thermique est également mesurée à deux reprises, à un intervalle de 2 à 7 jours comme chez les patients dialysés et les taux d'ADMA sont déterminés qu'une seule fois. Résultats: chez les patients dialysés, les réactions d'hyperémie thermique étaient superposables avant et après dialyse, mais moindre que chez les sujets contrôles. Par contre, les taux d'ADMA étaient plus élevés avant qu'après dialysé. Les taux d'ADMA après dialyse étaient similaires aux taux chez les sujets contrôles. Conclusion: cette étude montre que la vasodilatation dépendante de la production endothéliale de NO dans la microcirculation cutanée n'est pas influencée par les taux plasmatiques d'ADMA chez les patients dialysés. Ces résultats suggèrent que d'autres mécanismes sont responsables de la dysfonction endothéliale chez ces patients. Ceci met en question le concept que l'accumulation d'ADMA est un facteur causal du risque cardiovasculaire élevé et suggère que l'ADMA est juste un marqueur du milieu très athérogénique causé par l'IRC.

PROTEOMICS OF OXIDATIVE LESIONS OCCURRING DURING TRANSFUSION-PURPOSED STORAGE OF ERYTHROCYTE CONCENTRATES

Erythrocyte concentrates (ECs) are the major labile blood product being transfused worldwide, aiming at curing anemia of diverse origins. In Switzerland, ECs are stored at 4 °C up to 42 days in saline-adenine-glucose-mannitol (SAGM). Such storage induces cellular lesions, altering red blood cells (RBCs) metabolism, protein content and rheological properties. A hot debate exists regarding the impact of the storage lesions, thus the age of ECs on transfusion-related clinical adverse outcomes. Several studies tend to show that poorer outcomes occur in patients receiving older blood products. However, no clear association was demonstrated up to date. While metabolism and early rheological changes are reversible through transfusion of the blood units, oxidized proteins cannot be repaired, and it is likely such irreversible damages would affect the quality of the blood product and the efficiency of the transfusion. In vivo, RBCs are constantly exposed to oxygen fluxes, and are thus well equipped to deal with oxidative challenges. Moreover, functional 20S proteasome complexes allow for recognition and proteolysis of fairly oxidized protein, and some proteins can be eliminated from RBCs by the release of microvesicles. The present PhD thesis is involved in a global research project which goal is to characterize the effect of processing and storage on the quality of ECs. Assessing protein oxidative damages during RBC storage is of major importance to understand the mechanisms of aging of stored RBCs. To this purpose, redox proteomic-based investigations were conducted here. In a first part, cysteine oxidation and protein carbonylation were addressed via 2D-DIGE and derivatization-driven immunodetection approaches, respectively. Then, the oxidized sub- proteomes were characterized through LC-MS/MS identification of proteins in spots of interest (cysteine oxidation) or affinity-purified carbonylated proteins. Gene ontology annotation allowed classifying targets of oxidation according to their molecular functions. In a third part, the P20S activity was evaluated throughout the storage period of ECs, and its susceptibility to highly oxidized environment was investigated. The potential defensive role of microvesiculation was also addressed through the quantification of eliminated carbonylated proteins. We highlighted distinct protein groups differentially affected by cysteine oxidation, either reversibly or irreversibly. In addition, soluble extracts showed a decrease in carbonylation at the beginning of the storage and membrane extracts revealed increasing carbonylation after 4 weeks of storage. Engaged molecular functions revealed that antioxidant (AO) are rather reversibly oxidized at their cysteine residue(s), but are irreversibly oxidized through carbonylation. In the meantime, the 20S proteasome activity is decreased by around 40 % at the end of the storage period. Incubation of fresh RBCs extracts with exogenous oxidized proteins showed a dose-dependent and protein-dependent inhibitory effect. Finally, we proved that the release of microvesicles allows the elimination of increasing quantities of carbonylated proteins. Taken together, these results revealed an oxidative pathway model of RBCs storage, on which further investigation towards improved storage conditions will be based. -- Les concentrés érythrocytaires (CE) sont le produit sanguin le plus délivré au monde, permettant de traiter différentes formes d'anémies. En Suisse, les CE sont stocké à 4 °C pendant 42 jours dans une solution saline d'adénine, glucose et mannitol (SAGM). Une telle conservation induit des lésions de stockage qui altèrent le métabolisme, les protéines et les propriétés rhéologique du globule rouge (GR). Un débat important concerne l'impact du temps de stockage des CE sur les risques de réaction transfusionnelles, certaines études tentant de démontrer que des transfusions de sang vieux réduiraient l'espérance de vie des patients. Cependant, aucune association concrète n'a été prouvée à ce jour. Alors que les modifications du métabolisme et changement précoces des propriétés rhéologiques sont réversibles suite à la transfusion du CE, les protéines oxydées ne peuvent être réparées, et il est probable que de telles lésions affectent la qualité et l'efficacité des produits sanguins. In vivo, les GR sont constamment exposés à l'oxygène, et sont donc bien équipés pour résister aux lésions oxydatives. De plus, les complexes fonctionnels de proteasome 20S reconnaissent et dégradent les protéines modérément oxydées, et certaines protéines peuvent être éliminées par les microparticules. Cette thèse de doctorat est imbriquée dans un projet de recherche global ayant pour objectif la caractérisation des effets de la préparation et du stockage sur la qualité des GR. Evaluer les dommages oxydatifs du GR pendant le stockage est primordial pour comprendre les mécanismes de vieillissement des produits sanguin. Dans ce but, des recherches orientées redoxomique ont été conduites. Dans une première partie, l'oxydation des cystéines et la carbonylation des protéines sont évaluées par électrophorèse bidimensionnelle différentielle et par immunodétection de protéines dérivatisées. Ensuite, les protéines d'intérêt ainsi que les protéines carbonylées, purifiées par affinité, sont identifiées par spectrométrie de masse en tandem. Les protéines cibles de l'oxydation sont classées selon leur fonction moléculaire. Dans une troisième partie, l'activité protéolytique du protéasome 20S est suivie durant la période de stockage. L'impact du stress oxydant sur cette activité a été évalué en utilisant des protéines exogènes oxydées in vitro. Le potentiel rôle défensif de la microvesiculation a également été étudié par la quantification des protéines carbonylées éliminées. Dans ce travail, nous avons observé que différents groupes de protéines sont affectés par l'oxydation réversible ou irréversible de leurs cystéines. De plus, une diminution de la carbonylation en début de stockage dans les extraits solubles et une augmentation de la carbonylation après 4 semaines dans les extraits membranaires ont été montrées. Les fonctions moléculaires engagées par les protéines altérées montrent que les défenses antioxydantes sont oxydées de façon réversible sur leurs résidus cystéines, mais sont également irréversiblement carbonylées. Pendant ce temps, l'activité protéolytique du protéasome 20S décroit de 40 % en fin de stockage. L'incubation d'extraits de GR en début de stockage avec des protéines oxydées exogènes montre un effet inhibiteur « dose-dépendant » et « protéine-dépendant ». Enfin, les microvésicules s'avèrent éliminer des quantités croissantes de protéines carbonylées. La synthèse de ces résultats permet de modéliser une voie oxydative du stockage des GRs, à partir de laquelle de futures recherches seront menées avec pour but l'amélioration des conditions de stockage.

Therapeutic drug monitoring and metabolites profil analysis of antiviral drugs

The widespread use of combination antiretroviral therapy (ARVs) has considerably improved the prognosis of patients infected with HIV. Conversely, considerable advances have been recently realized for the therapy of hepatitis C infection with the recent advent of potent new anti-HCV drugs that allow an increasing rate HCV infection cure. Despite their overall efficacy, a significant number of patients do not achieve or maintain adequate clinical response, defined as an undetectable viral load for HIV, and a sustained virological response (or cure) in HCV infection. Treatment failure therefore still remains an important issue besides drugs toxicities and viral resistance which is not uncommon in a significant percentage of patients who do not reach adequate virological suppression. The reasons of variability in drug response are multifactorial and apart from viral genetics, other factors such as environmental factors, drug- drug interactions, and imperfect compliance may have profound impact on antiviral drugs' clinical response. The possibility of measuring plasma concentration of antiviral drugs enables to guide antiviral drug therapy and ensure optimal drug exposure. The overall objective of this research was to widen up the current knowledge on pharmacokinetic and pharmacogenetic factors that influence the clinical response and toxicity of current and newly approved antiretroviral and anti-HCV drugs. To that endeavour, analytical methods using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry have been developed and validated for the precise and accurate measurement of new antiretroviral and anti-HCV drugs . These assays have been applied for the TDM of ARVs and anti-HCV in patients infected with either HIV or HCV respectively, and co-infected with HIV- HCV. A pharmacokinetic population model was developed to characterize inter and intra-patient variability of rilpivirine, the latest marketed Non Nucleoside Reverse transcriptase (NNRTI) Inhibitor of HIVand to identify genetic and non genetic covariates influencing rilpivirine exposure. None of the factors investigated so far showed however any influence of RPV clearance. Importantly, we have found that the standard daily dosage regimen (25 mg QD) proposed for rilpivirine results in concentrations below the proposed therapeutic target in about 40% of patients. In these conditions, virologie escape is a potential risk that remains to be further investigated, notably via the TDM approach that can be a useful tool to identify patients who are at risk for being exposed to less than optimal levels of rilpivirine in plasma. Besides the last generation NNRTI rilpivirine, we have studied efavirenz, the major NNRTI clinically used so far. Namely for efavirenz, we aimed at identifying a potential new marker of toxicity that may be incriminated for the neuropsychological sides effects and hence discontinuation of efavirenz therapy. To that endeavour, a comprehensive analysis of phase I and phase II metabolites profiles has been performed in plasma, CSF and in urine from patients under efavirenz therapy. We have found that phase II metabolites of EFV constitute the major species circulating in blood, sometimes exceeding the levels of the parent drug efavirenz. Moreover we have identified a new metabolite of efavirenz in humans, namely the 8-OH-EFV- sulfate which is present at high concentrations in all body compartments from patients under efavirenz therapy. These investigations may open the way to possible alternate phenotypic markers of efavirenz toxicity. Finally, the specific influence of P-glycoprotein on the cellular disposition of a series ARVs (NNRTIs and Pis] has been studies in in vitro cell systems using the siRNA silencing approach. -- Depuis l'introduction de la thérapie antirétrovirale (ARVs) la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Une réponse imparfaite ou la toxicité du traitement est certainement multifactorielle. Le suivi thérapeutique des médicaments [Therapeutic Drug Monitoring TDM) à travers la mesure des concentrations plasmatiques constitue une approche importante pour guider le traitement médicamenteux et de s'assurer que les patients sont exposés à des concentrations optimales des médicaments dans le sang, et puissent tirer tout le bénéfice potentiel du traitement. L'objectif global de cette thèse était d'étudier les facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques qui influencent l'exposition des médicaments antiviraux (ARVs et anti- VHC) récemment approuvés. A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques des médicaments antirétroviraux, anti-VHC ainsi que pour certains métabolites ont été développées et validées en utilisant la Chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse tandem. Ces méthodes ont été utilisées pour le TDM des ARVs et pour les agents anti-VHC chez les patients infectés par le VIH, et le VHC, respectivement, mais aussi chez les patients co-infectés par le VIH-VHC. Un modèle de pharmacocinétique de population a été développé pour caractériser la variabilité inter-et intra-patient du médicament rilpivirine, un inhibiteur non nucléosidique de la transcriptase de VIH et d'identifier les variables génétiques et non génétiques influençant l'exposition au médicament. Aucun des facteurs étudiés n'a montré d'influence notable sur la clairance de la rilpivirine. Toutefois, la concentration résiduelle extrapolée selon le modèle de pharmacocinétique de population qui a été développé, a montré qu'une grande proportion des patients présente des concentrations minimales inférieures à la cible thérapeutique proposée. Dans ce contexte, la relation entre les concentrations minimales et l'échappement virologique nécessite une surveillance étroite des taux sanguins des patients recevant de la rilpivirine. A cet effet, le suivi thérapeutique est un outil important pour l'identification des patients à risque soient sous-exposés à lai rilpivirine. Pour identifier de nouveaux marqueurs de la toxicité qui pourraient induire l'arrêt du traitement, le profil des métabolites de phase I et de phase II a été étudié dans différentes matrices [plasma, LCR et urine) provenant de patients recevant de l'efavirenz. Les métabolites de phase II, qui n'avaient à ce jour jamais été investigués, constituent les principales espèces présentes dans les matrices étudiées. Au cours de ces investigations, un nouveau métabolite 8- OH-EFV-sulfate a été identifié chez l'homme, et ce dernier est. présent à des concentrations importantes. L'influence de certains facteurs pharmacogénétique des patients sur le profil des métabolites a été étudiée et ouvre la voie à de possibles nouveaux marqueurs phénotypiques alternatifs qui pourraient possiblement mieux prédire la toxicité associée au traitement par l'efavirenz. Finalement, nous nous sommes intéressés à étudier dans un modèle in vitro certains facteurs, comme la P-glycoprotéine, qui influencent la disposition cellulaire de certains médicaments antirétroviraux, en utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments. -- Depuis l'introduction de la thérapie antiretrovirale (ARVs] la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Il a pu être démontré que la concentration de médicament présente dans l'organisme est corrélée avec l'efficacité clinique pour la plupart des médicaments agissant contre le VIH et contre le VHC. Les médicaments antiviraux sont généralement donnés à une posologie fixe et standardisée, à tous les patients, il existe cependant une importante variabilité entre les concentrations sanguines mesurées chez les individus. Cette variabilité peut être expliquée par plusieurs facteurs démographiques, environnementaux ou génétiques. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines (ou Therapeutic Drug Monitoring, TDM) permet de contrôler que les patients soient exposés à des concentrations suffisantes (pour bloquer la réplication du virus dans l'organisme) et éviter des concentrations excessives, ce qui peut entraîner l'apparition d'intolérence au traitement. Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des facteurs pharmacologiques et génétiques qui peuvent influencer l'efficacité et/ou la toxicité des médicaments antiviraux, dans le but d'améliorer le suivi des patients. A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles et ont été mises au point pour permettre de quantifier les médicaments antiviraux dans le sang et dans d'autres liquides biologiques. Ces méthodes de dosage sont maintenant utilisées d'une part dans le cadre de la prise en charge des patients en routine et d'autre part pour diverses études cliniques chez les patients infectés soit par le HIV, le HCV ou bien coinfectés par les deux virus. Une partie de ce travail a été consacrée à l'investigation des différents facteurs démographiques, génétiques et environnementaux qui pourraient l'influencer la réponse clinique à la rilpivirine, un nouveau médicament contre le VIH. Toutefois, parmi tous les facteurs étudiés à ce jour, aucun n'a permis d'expliquer la variabilité de l'exposition à la rilpivirine chez les patients. On a pu cependant observer qu'à la posologie standard recommandée, un pourcentage relativement élevé de patients pourrait présenter des concentrations inférieures à la concentration sanguine minimale actuellement proposée. Il est donc utile de surveiller étroitement les concentrations de rilpivirine chez les patients pour identifier sans délai ceux qui risquent d'être sous-exposés. Dans l'organisme, le médicament subit diverses transformations (métabolisme) par des enzymes, notamment dans le foie, il est transporté dans les cellules et tissus par des protéines qui modulent sa concentration au site de son action pharmacologique. A cet effet, différents composés (métabolites) produits dans l'organisme après l'administration d'efavirenz, un autre médicament anti-VIH, ont été étudiés. En conclusion, nous nous sommes intéressés à la fois aux facteurs pharmacologiques et génétiques des traitements antiviraux, une approche qui s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines de médicaments constitue une des facettes du domaine émergent de la Médecine Personnalisée qui vise à maximiser le bénéfice thérapeutique et le profil de tolérance des médicaments antiviraux

Identification of novel and cell type enriched cofactors of the transcription activation domain of RelA (p65 NF-kappaB).

RelA (NF-kappaB) is a transcription factor inducible by distinct stimuli in many different cell types. To find new cell type specific cofactors of NF-kappaB dependent transcription, we isolated RelA transcription activation domain binding proteins from the nuclear extracts of three different cell types. Analysis by electrophoresis and liquid chromatography tandem mass spectrometry identified several novel putative molecular partners. Some were strongly enriched in the complex formed from the nuclear extracts of specific cell types.

Geneva cocktail for cytochrome p450 and P-glycoprotein activity assessment using dried blood spots.

The suitability of the capillary dried blood spot (DBS) sampling method was assessed for simultaneous phenotyping of cytochrome P450 (CYP) enzymes and P-glycoprotein (P-gp) using a cocktail approach. Ten volunteers received an oral cocktail capsule containing low doses of the probes bupropion (CYP2B6), flurbiprofen (CYP2C9), omeprazole (CYP2C19), dextromethorphan (CYP2D6), midazolam (CYP3A), and fexofenadine (P-gp) with coffee/Coke (CYP1A2) on four occasions. They received the cocktail alone (session 1), and with the CYP inhibitors fluvoxamine and voriconazole (session 2) and quinidine (session 3). In session 4, subjects received the cocktail after a 7-day pretreatment with the inducer rifampicin. The concentrations of probes/metabolites were determined in DBS and plasma using a single liquid chromatography-tandem mass spectrometry method. The pharmacokinetic profiles of the drugs were comparable in DBS and plasma. Important modulation of CYP and P-gp activities was observed in the presence of inhibitors and the inducer. Minimally invasive one- and three-point (at 2, 3, and 6 h) DBS-sampling methods were found to reliably reflect CYP and P-gp activities at each session.

Drug-eluting beads loaded with antiangiogenic agents for chemoembolization: in vitro sunitinib loading and release and in vivo pharmacokinetics in an animal model.

PURPOSE: The combination of embolic beads with a multitargeted tyrosine kinase inhibitor that inhibits tumor vessel growth is suggested as an alternative and improvement to the current standard doxorubicin-eluting beads for use in transarterial chemoembolization. This study demonstrates the in vitro loading and release kinetics of sunitinib using commercially available embolization microspheres and evaluates the in vitro biologic efficacy on cell cultures and the resulting in vivo pharmacokinetics profiles in an animal model. MATERIALS AND METHODS: DC Bead microspheres, 70-150 µm and 100-300 µm (Biocompatibles Ltd., Farnham, United Kingdom), were loaded by immersion in sunitinib solution. Drug release was measured in saline in a USP-approved flow-through apparatus and quantified by spectrophotometry. Activity after release was confirmed in cell culture. For pharmacokinetics and in vivo toxicity evaluation, New Zealand white rabbits received sunitinib either by intraarterial injection of 100-300 µm sized beads or per os. Plasma and liver tissue drug concentrations were assessed by liquid chromatography-tandem mass spectroscopy. RESULTS: Sunitinib loading on beads was close to complete and homogeneous. A total release of 80% in saline was measured, with similar fast-release profiles for both sphere sizes. After embolization, drug plasma levels remained below the therapeutic threshold (< 50 ng/mL), but high concentrations at 6 hours (14.9 µg/g) and 24 hours (3.4 µg/g) were found in the liver tissue. CONCLUSIONS: DC Bead microspheres of two sizes were efficiently loaded with sunitinib and displayed a fast and almost complete release in saline. High liver drug concentrations and low systemic levels indicated the potential of sunitinib-eluting beads for use in embolization.

Systemic mastocytosis with associated myeloproliferative disease and precursor B lymphoblastic leukaemia with t(13;13)(q12;q22) involving FLT3.

Systemic mastocytoses represent neoplastic proliferations of mast cells. In about 20% of cases systemic mastocytoses are accompanied by clonal haematopoietic non-mast cell-lineage disorders, most commonly myeloid neoplasms. A case of systemic mastocytosis carrying the characteristic mutation at codon 816 (D816V) in the KIT gene of mast cells, with two concurrent accompanying clonal haematopoietic non-mast cell-lineage disorders, chronic myeloproliferative disease, unclassifiable and precursor B lymphoblastic leukaemia is documented. Both accompanying clonal haematopoietic non-mast cell-lineage disorders carried the wild-type KIT gene, but had a novel t(13;13)(q12;q22) involving the FLT3 locus at 13q12. The chronic myeloproliferative disease, unclassifiable and the precursor B lymphoblastic leukaemia were cured by syngenous stem cell transplantation, but the systemic mastocytosis persisted for more than 10 years. The additional impact of molecular techniques on the correct diagnosis in haematological malignancies is highlighted, and evidence is provided that, apart from internal tandem duplications and mutations, FLT3 can be activated by translocations.

In vivo evaluation of the anti-tumoral effect of sunitinib eluting beads in the rabbit VX2 tumor model

Purpose: To study the anti-tumoral effect of sunitinib eluting beads in the rabbit VX2 tumor modelMaterials: VX2 tumor were implanted in the left liver lobe of New-Zealand white rabbits. Seven animals received 0.2ml of DC Beads loaded with 6mg of sunitinb (group 1), 6 animals received 0.2ml of DC Beads (group 2) and 6 animals received NaCl 0.9% intra arterially in the left hepatic artery. One animal in each group was sacrificed at 24 hours and the others were left to survive. Liver enzyme were measured daily. In group 1 plasmatic sunitinib concentration were measured daily by LC MS/MS tandem mass spectroscopy. At day 15 all living animals were sacrficed. After sacrifice, or premature euthanasia the livers were harvested for determination of the VEGF receptor tyrosine kinase activity by western blot and histopathological examination.Results: In group 1, no animal died during follow-up. In group 2 and 3, respectively 2 and 3 animals died during follow-up. In group 1 plasmatic sunitinib level remained under therapeutic concentration during the whole experiment. There was an evident lack of phosphorylation of the RTK In group 1 and there was an augmentation of the RTK phosphorylation in group 2 at 24 hours. No difference in RTK activity was noticable at 15 days. From the histopathological point of view it was unpossible to differentiate treatment induced from spontaneous necrosis of tumors.Conclusions: Administration of sunitinib eluting Beads in VX2 carrying rabbits inhibits the activation of RTK's triggered by ischemia. It also seems to prolong survival of the treated animals.