Clostridium difficile toxin-induced inflammation and intestinal injury are mediated by the inflammasome.

BACKGROUND & AIMS: Clostridium difficile-associated disease (CDAD) is the leading cause of nosocomial diarrhea in the United States. C difficile toxins TcdA and TcdB breach the intestinal barrier and trigger mucosal inflammation and intestinal damage. The inflammasome is an intracellular danger sensor of the innate immune system. In the present study, we hypothesize that TcdA and TcdB trigger inflammasome-dependent interleukin (IL)-1beta production, which contributes to the pathogenesis of CDAD. METHODS: Macrophages exposed to TcdA and TcdB were assessed for IL-1beta production, an indication of inflammasome activation. Macrophages deficient in components of the inflammasome were also assessed. Truncated/mutated forms of TcdB were assessed for their ability to activate the inflammasome. The role of inflammasome signaling in vivo was assessed in ASC-deficient and IL-1 receptor antagonist-treated mice. RESULTS: TcdA and TcdB triggered inflammasome activation and IL-1beta secretion in macrophages and human mucosal biopsy specimens. Deletion of Nlrp3 decreased, whereas deletion of ASC completely abolished, toxin-induced IL-1beta release. TcdB-induced IL-1beta release required recognition of the full-length toxin but not its enzymatic function. In vivo, deletion of ASC significantly reduced toxin-induced inflammation and damage, an effect that was mimicked by pretreatment with the IL-1 receptor antagonist anakinra. CONCLUSIONS: TcdA and TcdB trigger IL-1beta release by activating an ASC-containing inflammasome, a response that contributes to toxin-induced inflammation and damage in vivo. Pretreating mice with the IL-1 receptor antagonist anakinra afforded the same level of protection that was observed in ASC-/- mice. These data suggest that targeting inflammasome or IL-1beta signaling may represent new therapeutic targets in the treatment of CDAD.

Etude de la toxicité hépatique de la cocaïne associée à de l'alcool: Effets de l'éthanol sur le métabolisme de la cocaïne dan les hépatocytes de rat en suspension et dans un modèle enzymatique humain

Le but essentiel de notre travail a été d?étudier la capacité du foie, premier organe de métabolisation des xénobiotiques, à dégrader la cocaïne en présence d?éthanol, à l?aide de deux modèles expérimentaux, à savoir un modèle cellulaire (les hépatocytes de rat en suspension) et un modèle acellulaire (modèle reconstitué in vitro à partir d?enzymes purifiées de foie humain). La première partie a pour objectifs de rechercher les voies de métabolisation de la cocaïne qui sont inhibées et / ou stimulées en présence d?éthanol, sur hépatocytes isolés de rat. Dans ce but, une méthode originale permettant de séparer et de quantifier simultanément la cocaïne, le cocaéthylène et huit de leurs métabolites respectifs a été développée par Chromatographie Phase Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG / SM). Nos résultats préliminaires indiquent que l?éthanol aux trois concentrations testées (20, 40 et 80 mM) n?a aucun effet sur la cinétique de métabolisation de la cocaïne. Notre étude confirme que l?addition d?éthanol à des cellules hépatiques de rat en suspension supplémentées en cocaïne résulte en la formation précoce de benzoylecgonine et de cocaéthylène. L?apparition retardée d?ecgonine méthyl ester démontre l?activation d?une deuxième voie de détoxification. La production tardive d?ecgonine indique une dégradation de la benzoylecgonine et de l?ecgonine méthyl ester. De plus, la voie d?oxydation intervenant dans l?induction du stress oxydant en produisant de la norcocaïne est tardivement stimulée. Enfin, notre étude montre une métabolisation complète de la concentration initiale en éthanol par les hépatocytes de rat en suspension. La deuxième partie a pour but de déterminer s?il existe d?autres enzymes que les carboxylesterases formes 1 et 2 humaines ayant une capacité à métaboliser la cocaïne seule ou associée à de l?éthanol. Pour ce faire, une méthode de micropurification par chromatographie liquide (Smart System®) a été mise au point. Dans le cadre de nos dosages in situ de la cocaïne, du cocaéthylène, de la benzoylecgonine, de l?acide benzoïque et de la lidocaïne, une technique par Chromatographie Liquide Haute Performance couplée à une Détection par Barrette de Diode (CLHP / DBD) et une méthode de dosage de l?éthanol par Chromatographie Phase Gazeuse couplée à une Détection par Ionisation de Flamme équipée d?un injecteur à espace de tête (espace de tête CPG / DIF) ont été développées. La procédure de purification nous a permis de suspecter la présence d?autres enzymes que les carboxylesterases formes 1 et 2 de foie humain impliquées dans le métabolisme de la cocaïne et déjà isolées. A partir d?un modèle enzymatique reconstitué in vitro, nos résultats préliminaires indiquent que d?autres esterases que les formes 1 et 2 de foie humain sont impliquées dans l?élimination de la cocaïne, produisant benzoylecgonine et ecgonine méthyl ester. De plus, nous avons montré que les sensibilités de ces enzymes à l?éthanol sont variables.<br/><br/>The main purpose of our work was to study the ability of the liver, as the first organ to metabolise xenobiotic substances, to degrade cocaine in the presence of ethanol. In order to do this, we used two experimental models, namely a cellular model (rat liver cells in suspension) and an a-cellular model (model reconstructed in vitro from purified human liver enzymes). The purpose of the first part of our study was to look for cocaine metabolising processes which were inhibited and / or stimulated by the presence of ethanol, in isolated rat liver cells. With this aim in mind, an original method for simultaneously separating and quantifying cocaine, cocaethylene and eight of their respective metabolites was developed by Vapour Phase Chromatography coupled with Mass Spectrometry (VPC / MS). Our preliminary results point out that ethanol at three tested concentrations (20, 40 et 80 mM) have no effect on the kinetic of metabolisation of cocaine. Our study confirms that the addition of alcohol to rat liver cells in suspension, supplemented with cocaine, results in the premature formation of ecgonine benzoyl ester and cocaethylene. The delayed appearance of ecgonine methyl ester shows that a second detoxification process is activated. The delayed production of ecgonine indicates a degradation of the ecgonine benzoyl ester and the ecgonine methyl ester. Moreover, the oxidising process which occurs during the induction of the oxidising stress, producing norcocaine, is stimulated at a late stage. Finally, our study shows the complete metabolisation of the initial alcohol concentration by the rat liver cells in suspension. The second part consisted in determining if enzymes other than human carboxylesterases 1 and 2, able to metabolise cocaine on its own or with alcohol, existed. To do this, a micropurification method us ing liquid phase chromatography (Smart System®) was developed. A technique based on High Performance Liquid Chromatography coupled with a Diode Array Detection (HPLC / DAD) in the in situ proportioning of cocaine, cocaethylene, ecgonine benzoyl ester, benzoic acid and lidocaine, and a method for proportioning alcohol by quantifying the head space using Vapour Phase Chromatography coupled with a Flame Ionisation Detection (head space VPC / FID) were used. The purification procedure pointed to the presence of enzymes other than the human liver carboxylesterases, forms 1 and 2, involved in the metabolism of cocaine and already isolated. The preliminary results drawn from an enzymatic model reconstructed in vitro indicate that human liver carboxylesterases, other than forms 1 and 2, are involved in the elimination of cocaine, producing ecgonine benzoyl ester and ecgonine methyl ester. Moreover, we have shown that the sensitivity of these enzymes to alcohol is variable.

Imatinib plasma concentrations variability in hemato-oncologic patients

Abstract Imatinib (Glivec~ has transformed the treatment and prognosis of chronic myeloid leukaemia (CML) and of gastrointestinal stromal tumor (GIST). However, the treatment must be taken indefinitely and is not devoid of inconvenience and toxicity. Moreover, resistance or escape from disease control occurs. Considering the large interindividual differences in the function of the enzymatic and transport systems involved in imatinib disposition, exposure to this drug can be expected to vary widely among patients. Among those known systems is a cytochrome P450 (CYI'3A4) that metabolizes imatinib, the multidrug transporter P-glycoprotein (P-gp; product of the MDR1 gene) that expels imatinib out of cells, and al-acid glycoprotein (AGP), a circulating protein binding imatinib in the plasma. The aim of this observational study was to explore the influence of these covariates on imatinib pharmacokinetics (PK), to assess the interindividual variability of the PK parameters of the drug, and to evaluate whether imatinib use would benefit from a therapeutic drug monitoring (TDM) program. A total of 321 plasma concentrations were measured in 59 patients receiving imatinib, using a validated chromatographic method developed for this study (HPLC-LTV). The results were analyzed by non-linear mixed effect modeling (NONMEM). A one-compartment pharmacokinetic model with first-order absorption appropriately described the data, and a large interindividual variability was observed. The MDK> polymorphism 3435C>T and the CYP3A4 activity appeared to modulate the disposition of imatinib, albeit not significantly. A hyperbolic relationship between plasma AGP levels and oral clearance, as well as volume of distribution, was observed. A mechanistic approach was built up, postulating that only the unbound imatinib concentration was able to undergo first-order elimination. This approach allowed determining an average free clearance (CL,~ of 13101/h and a volume of distribution (Vd) of 301 1. By comparison, the total clearance determined was 141/h (i.e. 233 ml/min). Free clearance was affected by body weight and pathology diagnosis. The estimated variability of imatinib disposition (17% for CLu and 66% for Vd) decreased globally about one half with the model incorporating the AGP impact. Moreover, some associations were observed between PK parameters of the free imatinib concentration and its efficacy and toxicity. Finally, the functional influence of P-gp activity has been demonstrated in vitro in cell cultures. These elements are arguments to further investigate the possible usefulness of a TDM program for imatinib. It may help in individualizing the dosing regimen before overt disease progression or development of treatment toxicity, thus improving both the long-term therapeutic effectiveness and tolerability of this drug. Résumé L'imatinib (Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de la leucémie myéloïde chronique (LMC) et des tumeurs stromales d'origine digestive (GIST). Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. Par ailleurs, une résistance, ou des échappements au traitement, sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans l'organisme dépend de systèmes enzymatiques et de transport connus pour présenter de grandes différences interindividuelles, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, on note un cytochrome P450 (le CYP3A4) métabolisant l'imatinib, la P-glycoprotéine (P-gp ;codée par le gène MDR1), un transporteur d'efflux expulsant le médicament hors des cellules, et l'atglycoprotéine acide (AAG), une protéine circulante sur laquelle se fixe l'imatinib dans le plasma. L'objectif de la présente étude clinique a été de déterminer l'influence de ces covariats sur la pharmacocinétique (PK) de l'imatinib, d'établir la variabilité interindividuelle des paramètres PK du médicament, et d'évaluer dans quelle mesure l'imatinib pouvait bénéficier d'un programme de suivi thérapeutique (TDM). En utilisant une méthode chromatographique développée et validée à cet effet (HPLC-UV), un total de 321 concentrations plasmatiques a été dosé chez 59 patients recevant de l'imatinib. Les résultats ont été analysés par modélisation non linéaire à effets mixtes (NONMEM). Un modèle pharmacocinétique à un compartiment avec absorption de premier ordre a permis de décrire les données, et une grande variabilité interindividuelle a été observée. Le polymorphisme du gène MDK1 3435C>T et l'activité du CYP3A4 ont montré une influence, toutefois non significative, sur le devenir de l'imatinib. Une relation hyperbolique entre les taux plasmatiques d'AAG et la clairance, comme le volume de distribution, a été observée. Une approche mécanistique a donc été élaborée, postulant que seule la concentration libre subissait une élimination du premier ordre. Cette approche a permis de déterminer une clairance libre moyenne (CLlibre) de 13101/h et un volume de distribution (Vd) de 301 l. Par comparaison, la clairance totale était de 141/h (c.à.d. 233 ml/min). La CLlibre est affectée par le poids corporel et le type de pathologie. La variabilité interindividuelle estimée pour le devenir de l'imatinib (17% sur CLlibre et 66% sur Vd) diminuait globalement de moitié avec le modèle incorporant l'impact de l'AAG. De plus, une certaine association entre les paramètres PK de la concentration d'imatinib libre et l'efficacité et la toxicité a été observée. Finalement, l'influence fonctionnelle de l'activité de la P-gp a été démontrée in nitro dans des cultures cellulaires. Ces divers éléments constituent des arguments pour étudier davantage l'utilité potentielle d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Un tel suivi pourrait aider à l'individualisation des régimes posologiques avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant tant l'efficacité que la tolérabilité de ce médicament. Résumé large public L'imatinib (un médicament commercialisé sous le nom de Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de deux types de cancers, l'un d'origine sanguine (leucémie) et l'autre d'origine digestive. Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. De plus, des résistances ou des échappements au traitement sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans le corps humain (dont l'étude relève de la discipline appelée pharmacocinétique) dépend de systèmes connus pour présenter de grandes différences entre les individus, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, l'un est responsable de la dégradation du médicament dans le foie (métabolisme), l'autre de l'expulsion du médicament hors des cellules cibles, alors que le dernier consiste en une protéine (dénommée AAG) qui transporte l'imatinib dans le sang. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'influence de ces différents systèmes sur le comportement pharmacocinétique de l'imatinib chez les patients, et d'étudier dans quelle mesure le devenir de ce médicament dans l'organisme variait d'un patient à l'autre. Enfin, cette étude avait pour but d'évaluer à quel point la surveillance des concentrations d'imatinib présentes dans le sang pourrait améliorer le traitement des patients cancéreux. Une telle surveillance permet en fait de connaître l'exposition effective de l'organisme au médicament (concept abrégé par le terme anglais TDM, pour Therapeutic Drag Monitoring. Ce projet de recherche a d'abord nécessité la mise au point d'une méthode d'analyse pour la mesure des quantités (ou concentrations) d'imatinib présentes dans le sang. Cela nous a permis d'effectuer régulièrement des mesures chez 59 patients. Il nous a ainsi été possible de décrire le devenir du médicament dans le corps à l'aide de modèles mathématiques. Nous avons notamment pu déterminer chez ces patients la vitesse à laquelle l'imatinib est éliminé du sang et l'étendue de sa distribution dans l'organisme. Nous avons également observé chez les patients que les concentrations sanguines d'imatinib étaient très variables d'un individu à l'autre pour une même dose de médicament ingérée. Nous avons pu aussi mettre en évidence que les concentrations de la protéine AAG, sur laquelle l'imatinib se lie dans le sang, avait une grande influence sur la vitesse à laquelle le médicament est éliminé de l'organisme. Ensuite, en tenant compte des concentrations sanguines d'imatinib et de cette protéine, nous avons également pu calculer les quantités de médicament non liées à cette protéine (= libres), qui sont seules susceptibles d'avoir une activité anticancéreuse. Enfin, il a été possible d'établir qu'il existait une certaine relation entre ces concentrations, l'effet thérapeutique et la toxicité du traitement. Tous ces éléments constituent des arguments pour approfondir encore l'étude de l'utilité d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Comme chaque patient est différent, un tel suivi pourrait aider à l'ajustement des doses du médicament avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant ainsi tant son efficacité que son innocuité.

Métabolisme d'antidépresseurs dans différentes espèces : aspects méthodologiques et pharmacogénétiques, perspectives cliniques

Résumé pour large public Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne Lors de la prise d'un médicament, celui-ci va passer par différentes étapes que sont l'absorption, la distribution, le métabolisme et enfin l'élimination. Ces quatre étapes sont regroupées sous le nom de pharmacocinétique. A noter que ces quatre paramètres sont dynamiques et en constante évolution. Durant cette thèse, nous avons investigué différents aspects de la pharmacocinétique, tout d'abord par une revue de la littérature sur la glycoprotéine-P (Pgp). Récemment découverte, cette protéine de membrane est située aux endroits stratégiques de l'organisme comme la barrière hématoencéphalée, le placenta ou les intestins où elle influencera l'entrée de différentes substances, en particulier les médicaments. La Pgp serait impliquée dans les phénomènes de résistances aux agents thérapeutiques en oncologie. La Pgp influence donc l'absorption des médicaments, et son impact en clinique, en termes d'efficacité de traitement et de toxicité prend chaque jour plus d'importance. Ensuite nous avons mis au point une méthode d'analyse quantitative d'un antidépresseur d'une nouvelle génération : la mirtazapine (Remeron®). La nouveauté réside dans la façon dont la mirtazapine interagit avec les neurotransmetteurs impliqués dans la dépression que sont la sérotonine et la noradrénaline. Cette méthode utilise la chromatographie liquide pour séparer la mirtazapine de ses principaux métabolites dans le sang. La spectrométrie de masse est utilisée pour les détecter et les quantifier. Les métabolites sont des substances issues de réactions chimiques entre la substance mère, la mirtazapine, et généralement des enzymes hépatiques, dans le but de rendre cette substance plus soluble en vue de son élimination. Cette méthode permet de quantifier la mirtazapine et ses métabolites dans le sang de patients traités et de déterminer la variation des taux plasmatiques chez ces patients. Puis nous avons étudié le métabolisme d'un autre antidépresseur, le citalopram, qui a un métabolisme complexe. Le citalopram est un racémate, c'est-à-dire qu'il existe sous forme de deux entités chimiques (R-(-) et S-(+) citalopram) qui ont le même nombre d'éléments mais arrangés différemment dans l'espace. La voie métabolique cérébrale du citalopram est sous le contrôle d'une enzyme, la monoamine oxydase (MAO), conduisant à une forme acide du citalopram (l'acide propionique du citalopram). La MAO existe sous deux formes : MAO-A et MAO-B. Nous avons utilisé des souris déficientes d'un gène, celui de la MAO-A, pour mieux en comprendre le métabolisme en les comparants à des souris sauvages (sans déficience de ce gène). Nous avons utilisé le citalopram et deux de ses métabolites (le déméthylcitaloprarn et le didéméthyícitalopram) comme substrats pour tester la formation in vitro de l'acide propionique du citalopram. Nos résultats montrent que la MAO-A favorise la formation de l'entité R-(-) et présente une plus grande affinité pour le citalopram, tandis que la MAO-B métabolise préférentiellement l'entité S-(+) et a une plus grande affinité pour les deux métabolites déméthylés. De plus, la déficience en MAO-A est partiellement compensée parla MAO-B chez les souris déficientes du gène de la MAO-A. Enfin, nous avons étudié une deuxième voie métabolique du citalopram qui s'est avérée toxique chez le chien Beagle. Celle-ci est catalysée par une autre famille d'enzymes, les cytochromes P-450, et mène aux métabolites déméthylés et didéméthylés du citalopram. Nous avons utilisé des tissus hépatiques de chiens Beagle. Plusieurs cytochromes P-450 sont impliqués dans le métabolisme du citalopram menant à sa forme déméthylée, ceci tant chez l'homme que chez le chien. Par contre, dans le métabolisme de la forme déméthylée menant à 1a forme didéméthylée, un seul cytochrome P-450 serait impliqué chez l'Homme, tandis qu'ils seraient plusieurs chez le chien. L'activité enzymatique produisant la forme didéméthylée est beaucoup plus importante chez le chien comparé à l'homme. Cette observation soutien l'hypothèse que des taux élevés de la forme didéméthylée participent à la toxicité spécifique du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant que les enzymes peuvent être stimulées ou inhibées, il importe de pouvoir suivre au plus prés les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Résumé Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne La plupart des médicaments subissent une transformation enzymatique dans l'organisme. Les substances issues de cette métabolisation ne sont pas toujours dotées d'une activité pharmacologique. Il s'est avéré par conséquent indispensable de suivre les taux plasmatiques d'une substance et de ses métabolites et d'établir ou non l'existence d'une relation avec l'effet clinique observé. Ce concept nommé « therapeutic drag monitoring » (TDM) est particulièrement utile en psychiatrie ou un manque de compliance des patients est fréquemment observé. Les médicaments psychotropes ont un métabolisme principalement hépatique (cytochromes P-450) et parfois cérébral (monoamines oxydases), comme pour le citalopram par exemple. Une méthode stéréosélective de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse a été développée pour analyser les énantiomères R-(-) et S-(+) d'un antidépresseur agissant sur les récepteurs noradrénergiques et sérotoninergiques, la mirtazapine et de ses métabolites déméthylmirtazapine et 8-hydroxymirtazapine. Les données préliminaires obtenues dans les plasmas dosés suggèrent que les concentrations de R-(-)-mirtazapine sont plus élevées que celles de S-(+)-mirtazapine, à l'exception des patients qui auraient comme co-médication des inhibiteurs du CYP2D6, telle que la fluoxétine ou la thioridazine. Il y a une enantiosélectivité du métabolisme de la mirtazapine. En particulier pour la 8-hydroxymirtazapine qui est glucuroconjuguée et pour laquelle le ratio S/R varie considérablement. Cette méthode analytique présente l'avantage d'être utilisable pour le dosage stéréosélectif de la mirtazapine et de ses métabolites dans le plasma de patients ayant d'autres substances en co-médication. La glycoprotéine P fonctionne comme une pompe transmembranaire transportant les xénobiotiques depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Son induction et son inhibition, bien que moins étudiées que pour les cytochromes P-450, ont des implications cliniques importantes en termes d'efficacité de traitement et de toxicité. Cette glycoprotéine P a fait l'objet d'une recherche bibliographique. Nous avons étudié le métabolisme du citalopram, un antidépresseur de la classe des inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine chez la souris et chez le chien. Cette substance subit un métabolisme complexe. La voie de métabolisation conduisant à la formation de l'acide propionique du citalopram, catalysée par les monoamines oxydases, a été étudiée in vitro dans les mitochondries cérébrales chez la souris déficiente du gène de la MAO-A (Tg8). La monoamine oxydase A catalyse la formation de l'énantiomère R-(-) et présente une plus grande affinité pour les amines tertiaires, tandis que la monoamine oxydase B favorise la formation de la forme S-(+) et a une affinité plus marquée pour les amines secondaires et primaires. L'étude du citalopram chez la souris Tg8 adulte a montré que la monoamine oxydase B compense la déficience de la monoamine oxydase A chez ces souris génétiquement modifiées. Une autre voie de métabolisation du citalopram conduisant à la formation de didéméthylcitalopram, catalysée par les cytochromes P-450, a été étudiée in vitro dans des microsomes hépatiques de chiens Beagle. Nos études ont montré que les cinétiques de N-déméthylation du citalopram sont biphasiques chez le chien. Les orthologues canins impliqués dans la première N-déméthylation semblent être identiques aux cytochromes P-450 humains. Par contre, dans la deuxième Ndéméthylation, un seul cytochrome P-450 semble être impliqué chez l'homme (CYP2D6), tandis qu'on retrouve jusqu'à cinq orthologues chez le chien. Le CYP2D15, orthologue canin du CYP2D6, est majoritairement impliqué. De plus, l'activité enzymatique, reflétée par les clairances intrinsèques, dans la première N-déméthylation est jusqu'à 45 fois plus élevée chez le chien comparé à l'homme. Ces différentes observations soutiennent l'hypothèse que des taux élevés de didéméthylcitalopram sont responsables de la toxicité du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant -que les enzymes peuvent être induits ou inhibés, il importe de pouvoir suivre au plus près les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Summary Most of the drugs are metabolized in the organism. Substances issued from this metabolic activity do not always show a pharmacological activity. Therefore, it is necessary to monitor plasmatic levels of drugs and their metabolites, and establish the relationship with the clinical effect. This concept named therapeutic drug monitoring is very useful in psychiatry where lack of compliance is commonly observed. Antidepressants are mainly metabolized in the liver (cytochrome P-450) and sometimes in the brain (monoamine oxidase) like the citalopram, for exemple. A LC-MS method was developed, which allows the simultaneous analysis of R-(-) and S-(+) enantiomers of mirtazapine, an antidepressant acting specifically on noradrenergic and serotonergic receptors, and its metabolites demethylmirtazapine and 8-hydroxymirtazapine in plasma of mirtazapine treated patients. Preliminary data obtained suggested that R-(-) mirtazapine concentrations were higher than those of S-(+) mirtazapine, except in patients comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine or thioridazine. There is an enantioselectivity in the metabolism of mirtazapine. In particular for the 8-hydroxymirtazapine, which is glucuroconjugated and S/R ratio varies considerably. Therefore this method seems to be suitable for the stereoselective assay of mirtazapine and its metabolites in plasma of patients comedicated with mirtazapine and other drugs for routine and research purposes. P-glycoprotein is working as an efflux transporter of xenobiotics from intracellular to extracellular environment. Its induction or inhibition, although less studied than cytochrome P-450, has huge clinical implications in terms of treatment efficacy and toxicity. An extensive literature search on P-glycoprotein was performed as part of this thesis. The study of citalopram metabolism, an antidepressant belonging to the class of selective serotonin reuptake inhibitors. This substance undergoes a complex metabolism. First metabolization route leading to citalopram propionic acid, catalyzed by monoamine oxidase was studied in vitro in mice brain mitochondria. Monoamine oxidase A catalyzed the formation of R-(-) enantiomer and showed greater affinity for tertiary amines, whereas monoamine oxidase B triggered the formation of S-(+) enantiomer and demonstrated higher affinity for primary and secondary amines. citalopram evaluation in adult Tg8 mice showed that monoamine oxidase B compensated monoamine oxidase A deficiency in those genetically transformed mice. The second metabolization route of citalopram leading to didemethylcitalopram and catalyzed by cytochrome P-450 was studied in vitro in Beagle dog's livers. Our results showed that citalopram N-demethylation kinetics are biphasic in dogs. Canine orthologs involved in the first N-demethylation seemed to be identical to human cytochromes P-450. However, in the second N-demethylation only one cytochrome P-450 seemed to be involved in human (CYP2D6), whereas up to five canine orthologs were found in dogs. CYP2D15 canine ortholog of CYP2D6 was mainly involved. In addition, enzymatic activity reflected by intrinsic clearance in the first N-demethylation was up to 45 fold higher in dogs compared to humans. Those observations support the assumption that elevated rates of didemethylcitalopram are responsible for citalopram toxicity in dogs. We can conclude that several enzymes groups are involved in the brain, as well as in the liver, in antidepressant metabolization. Knowing that enzymes may be induced or inhibited, it makes sense to closely monitor plasmatic levels of antidepressants and their metabolites.

LC-MS/MS based assay and reference intervals in children and adolescents for oxysterols elevated in Niemann-Pick diseases.

BACKGROUND: Niemann-Pick type C (NP-C) is a rare progressive neurodegenerative lipid storage disorder with heterogeneous clinical presentation and challenging diagnostic procedures. Recently oxysterols have been reported to be specific biomarkers for NP-C but knowledge on the intra-individual variation and on reference intervals in children and adolescents are lacking. METHODS: We established a LC-MS/MS assay to measure Cholestane-3β, 5α, 6β-triol (C-triol) and 7-Ketocholesterol (7-KC) following Steglich esterification. To assess reference intervals and intra-individual variation we determined oxysterols in 148 children and adolescents from 0 to 18 years and repeat measurements in 19 of them. RESULTS: The reported method is linear (r>0.99), sensitive (detection limit of 0.03 ng/mL [0.07 nM] for C-triol, and 0.54 ng/mL [1.35 nM] for 7-KC) and precise, with an intra-day imprecision of 4.8% and 4.1%, and an inter-day imprecision of 7.0% and 11.0% for C-triol (28 ng/ml, 67 nM) and 7-KC (32 ng/ml, 80 nM), respectively. Recoveries for 7-KC and C-triol range between 93% and 107%. The upper reference limit obtained for C-triol is 40.4 ng/mL (95% CI: 26.4-61.7 ng/mL, 96.0 nM, 95% CI: 62.8-146.7 nM) and 75.0 ng/mL for 7-KC (95% CI: 55.5-102.5 ng/mL, 187.2 nM, 95% CI: 138.53-255.8 nM), with no age or gender dependency. Both oxysterols have a broad intra-individual variation of 46%±23% for C-triol and 52%±29% for 7-KC. Nevertheless, all Niemann-Pick patients showed increased C-triol levels including Niemann-Pick type A and B patients. CONCLUSIONS: The LC-MS/MS assay is a robust assay to quantify C-triol and 7-KC in plasma with well documented reference intervals in children and adolescents to screen for NP-C in the pediatric population. In addition our results suggest that especially the C-triol is a biomarker for all three Niemann-Pick diseases.

Distinct OGT-Binding Sites Promote HCF-1 Cleavage.

Human HCF-1 (also referred to as HCFC-1) is a transcriptional co-regulator that undergoes a complex maturation process involving extensive O-GlcNAcylation and site-specific proteolysis. HCF-1 proteolysis results in two active, noncovalently associated HCF-1N and HCF-1C subunits that regulate distinct phases of the cell-division cycle. HCF-1 O-GlcNAcylation and site-specific proteolysis are both catalyzed by O-GlcNAc transferase (OGT), which thus displays an unusual dual enzymatic activity. OGT cleaves HCF-1 at six highly conserved 26 amino acid repeat sequences called HCF-1PRO repeats. Here we characterize the substrate requirements for OGT cleavage of HCF-1. We show that the HCF-1PRO-repeat cleavage signal possesses particular OGT-binding properties. The glutamate residue at the cleavage site that is intimately involved in the cleavage reaction specifically inhibits association with OGT and its bound cofactor UDP-GlcNAc. Further, we identify a novel OGT-binding sequence nearby the first HCF-1PRO-repeat cleavage signal that enhances cleavage. These results demonstrate that distinct OGT-binding sites in HCF-1 promote proteolysis, and provide novel insights into the mechanism of this unusual protease activity.

Mechanisms of OGT-mediated HCF-1 protein maturation

Post-translational protein modifications are crucial for many fundamental cellular and extracellular processes and greatly contribute to the complexity of organisms. Human HCF-1 is a transcriptional co-regulator that undergoes complex protein maturation involving reversible and irreversible post-translational modifications. Upon synthesis as a large precursor protein, HCF-1 undergoes extensive reversible glycosylation with β-N-acetylglucosamine giving rise to O-linked-β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) modified serines and threonines. HCF-1 also undergoes irreversible site-specific proteolysis, which is important for one of HCF-1's major functions - the regulation of the cell-division cycle. HCF-1 O-GlcNAcylation and site-specific proteolysis are both catalyzed by a single enzyme with an unusual dual enzymatic activity, the O-GlcNAc transferase (OGT). HCF-1 is cleaved by OGT at any of six highly conserved 26 amino acid repeated sequences (HCF-1PRO repeats), but the mechanisms and the substrate requirements for OGT-mediated cleavage are not understood. In the present work, I characterized substrate requirements for OGT-mediated cleavage and O-GlcNAcylation of HCF-1. I identified key elements within the HCF-1PRO-repeat sequence that are important for proteolysis. Remarkably, an invariant single amino acid side-chain within the HCF-1PRO-repeat sequence displays particular OGT-binding properties and is essential for proteolysis. Additionally, I characterized substrate requirements for proteolysis outside of the HCF-1PRO repeat and identified a novel, highly O-GlcNAcylated OGT-binding sequence that enhances cleavage of the first HCF-1PRO repeat. These results link OGT association and its O-GlcNAcylation activities to HCF-1PRO-repeat proteolysis.

Expression of the inducible NO synthase in human monocytic U937 cells allows high output nitric oxide production.

Nitric oxide (NO) produced by inducible NO synthase (iNOS, NOS-2) is an important component of the macrophage-mediated immune defense toward numerous pathogens. Murine macrophages produce NO after cytokine activation, whereas, under similar conditions, human macrophages produce low levels or no NO at all. Although human macrophages can express iNOS mRNA and protein on activation, whether they possess the complete machinery necessary for NO synthesis remains controversial. To define the conditions necessary for human monocytes/macrophages to synthesize NO when expressing a functional iNOS, the human monocytic U937 cell line was engineered to synthesize this enzyme, following infection with a retroviral expression vector containing human hepatic iNOS (DFGiNOS). Northern blot and Western blot analysis confirmed the expression of iNOS in transfected U937 cells both at the RNA and protein levels. NOS enzymatic activity was demonstrated in cell lysates by the conversion of L-[3H]arginine into L-[3H]citrulline and the production of NO by intact cells was measured by nitrite and nitrate accumulation in culture supernatants. When expressing functional iNOS, U937 cells were capable of releasing high levels of NO. NO production was strictly dependent on supplementation of the culture medium with tetrahydrobiopterin (BH4) and was not modified by stimulation of the cells with different cytokines. These observations suggest that (1) human monocytic U937 cells contain all the cofactors necessary for NO synthesis, except BH4 and (2) the failure to detect NO in cytokine-stimulated untransfected U937 cells is not due to the presence of a NO-scavenging molecule within these cells nor to the destabilization of iNOS protein. DFGiNOS U937 cells represent a valuable human model to study the role of NO in immunity toward tumors and pathogens.

Frequent nitric oxide synthase-2 expression in human colon adenomas: implication for tumor angiogenesis and colon cancer progression.

An increased expression of nitric oxide synthase (NOS) has been observed in human colon carcinoma cell lines as well as in human gynecological, breast, and central nervous system tumors. This observation suggests a pathobiological role of tumor-associated NO production. Hence, we investigated NOS expression in human colon cancer in respect to tumor staging, NOS-expressing cell type(s), nitrotyrosine formation, inflammation, and vascular endothelial growth factor expression. Ca2+-dependent NOS activity was found in normal colon and in tumors but was significantly decreased in adenomas (P < 0.001) and carcinomas (Dukes' stages A-D: P < 0.002). Ca2+-independent NOS activity, indicating inducible NOS (NOS2), is markedly expressed in approximately 60% of human colon adenomas (P < 0.001 versus normal tissues) and in 20-25% of colon carcinomas (P < 0.01 versus normal tissues). Only low levels were found in the surrounding normal tissue. NOS2 activity decreased with increasing tumor stage (Dukes' A-D) and was lowest in colon metastases to liver and lung. NOS2 was detected in tissue mononuclear cells (TMCs), endothelium, and tumor epithelium. There was a statistically significant correlation between NOS2 enzymatic activity and the level of NOS2 protein detected by immunohistochemistry (P < 0.01). Western blot analysis of tumor extracts with Ca2+-independent NOS activity showed up to three distinct NOS2 protein bands at Mr 125,000-Mr 138,000. The same protein bands were heavily tyrosine-phosphorylated in some tumor tissues. TMCs, but not the tumor epithelium, were immunopositive using a polyclonal anti-nitrotyrosine antibody. However, only a subset of the NOS2-expressing TMCs stained positively for 3-nitrotyrosine, which is a marker for peroxynitrite formation. Furthermore, vascular endothelial growth factor expression was detected in adenomas expressing NOS2. These data are consistent with the hypothesis that excessive NO production by NOS2 may contribute to the pathogenesis of colon cancer progression at the transition of colon adenoma to carcinoma in situ.

In Vivo Profiling and Distribution of Known and Novel Phase I and Phase II Metabolites of Efavirenz in Plasma, Urine, and Cerebrospinal Fluid.

Efavirenz (EFV) is principally metabolized by CYP2B6 to 8-hydroxy-efavirenz (8OH-EFV) and to a lesser extent by CYP2A6 to 7-hydroxy-efavirenz (7OH-EFV). So far, most metabolite profile analyses have been restricted to 8OH-EFV, 7OH-EFV, and EFV-N-glucuronide, even though these metabolites represent a minor percentage of EFV metabolites present in vivo. We have performed a quantitative phase I and II metabolite profile analysis by tandem mass spectrometry of plasma, cerebrospinal fluid (CSF), and urine samples in 71 human immunodeficiency virus patients taking efavirenz, prior to and after enzymatic (glucuronidase and sulfatase) hydrolysis. We have shown that phase II metabolites constitute the major part of the known circulating efavirenz species in humans. The 8OH-EFV-glucuronide (gln) and 8OH-EFV-sulfate (identified for the first time) in humans were found to be 64- and 7-fold higher than the parent 8OH-EFV, respectively. In individuals (n = 67) genotyped for CYP2B6, 2A6, and CYP3A metabolic pathways, 8OH-EFV/EFV ratios in plasma were an index of CYP2B6 phenotypic activity (P < 0.0001), which was also reflected by phase II metabolites 8OH-EFV-glucuronide/EFV and 8OH-EFV-sulfate/EFV ratios. Neither EFV nor 8OH-EFV, nor any other considered metabolites in plasma were associated with an increased risk of central nervous system (CNS) toxicity. In CSF, 8OH-EFV levels were not influenced by CYP2B6 genotypes and did not predict CNS toxicity. The phase II metabolites 8OH-EFV-gln, 8OH-EFV-sulfate, and 7OH-EFV-gln were present in CSF at 2- to 9-fold higher concentrations than 8OH-EFV. The potential contribution of known and previously unreported EFV metabolites in CSF to the neuropsychological effects of efavirenz needs to be further examined in larger cohort studies.

SALO, a novel classical pathway complement inhibitor from saliva of the sand fly Lutzomyia longipalpis.

Blood-feeding insects inject potent salivary components including complement inhibitors into their host's skin to acquire a blood meal. Sand fly saliva was shown to inhibit the classical pathway of complement; however, the molecular identity of the inhibitor remains unknown. Here, we identified SALO as the classical pathway complement inhibitor. SALO, an 11 kDa protein, has no homology to proteins of any other organism apart from New World sand flies. rSALO anti-complement activity has the same chromatographic properties as the Lu. longipalpis salivary gland homogenate (SGH)counterparts and anti-rSALO antibodies blocked the classical pathway complement activity of rSALO and SGH. Both rSALO and SGH inhibited C4b deposition and cleavage of C4. rSALO, however, did not inhibit the protease activity of C1s nor the enzymatic activity of factor Xa, uPA, thrombin, kallikrein, trypsin and plasmin. Importantly, rSALO did not inhibit the alternative or the lectin pathway of complement. In conclusion our data shows that SALO is a specific classical pathway complement inhibitor present in the saliva of Lu. longipalpis. Importantly, due to its small size and specificity, SALO may offer a therapeutic alternative for complement classical pathway-mediated pathogenic effects in human diseases.

Reference intervals for 24 laboratory parameters determined in 24-hour urine collections.

BACKGROUND: Reference intervals for many laboratory parameters determined in 24-h urine collections are either not publicly available or based on small numbers, not sex specific or not from a representative sample. METHODS: Osmolality and concentrations or enzymatic activities of sodium, potassium, chloride, glucose, creatinine, citrate, cortisol, pancreatic α-amylase, total protein, albumin, transferrin, immunoglobulin G, α1-microglobulin, α2-macroglobulin, as well as porphyrins and their precursors (δ-aminolevulinic acid and porphobilinogen) were determined in 241 24-h urine samples of a population-based cohort of asymptomatic adults (121 men and 120 women). For 16 of these 24 parameters creatinine-normalized ratios were calculated based on 24-h urine creatinine. The reference intervals for these parameters were calculated according to the CLSI C28-A3 statistical guidelines. RESULTS: By contrast to most published reference intervals, which do not stratify for sex, reference intervals of 12 of 24 laboratory parameters in 24-h urine collections and of eight of 16 parameters as creatinine-normalized ratios differed significantly between men and women. For six parameters calculated as 24-h urine excretion and four parameters calculated as creatinine-normalized ratios no reference intervals had been published before. For some parameters we found significant and relevant deviations from previously reported reference intervals, most notably for 24-h urine cortisol in women. Ten 24-h urine parameters showed weak or moderate sex-specific correlations with age. CONCLUSIONS: By applying up-to-date analytical methods and clinical chemistry analyzers to 24-h urine collections from a large population-based cohort we provide as yet the most comprehensive set of sex-specific reference intervals calculated according to CLSI guidelines for parameters determined in 24-h urine collections.

Methodology used in studies reporting chronic kidney disease prevalence : a systematic literature review.

BACKGROUND: Many publications report the prevalence of chronic kidney disease (CKD) in the general population. Comparisons across studies are hampered as CKD prevalence estimations are influenced by study population characteristics and laboratory methods. METHODS: For this systematic review, two researchers independently searched PubMed, MEDLINE and EMBASE to identify all original research articles that were published between 1 January 2003 and 1 November 2014 reporting the prevalence of CKD in the European adult general population. Data on study methodology and reporting of CKD prevalence results were independently extracted by two researchers. RESULTS: We identified 82 eligible publications and included 48 publications of individual studies for the data extraction. There was considerable variation in population sample selection. The majority of studies did not report the sampling frame used, and the response ranged from 10 to 87%. With regard to the assessment of kidney function, 67% used a Jaffe assay, whereas 13% used the enzymatic assay for creatinine determination. Isotope dilution mass spectrometry calibration was used in 29%. The CKD-EPI (52%) and MDRD (75%) equations were most often used to estimate glomerular filtration rate (GFR). CKD was defined as estimated GFR (eGFR) <60 mL/min/1.73 m(2) in 92% of studies. Urinary markers of CKD were assessed in 60% of the studies. CKD prevalence was reported by sex and age strata in 54 and 50% of the studies, respectively. In publications with a primary objective of reporting CKD prevalence, 39% reported a 95% confidence interval. CONCLUSIONS: The findings from this systematic review showed considerable variation in methods for sampling the general population and assessment of kidney function across studies reporting CKD prevalence. These results are utilized to provide recommendations to help optimize both the design and the reporting of future CKD prevalence studies, which will enhance comparability of study results.

MALT1 activity controls Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus latency and growth of primary effusion lymphoma

The identification of cancer-specific enzymatic activities that can be therapeutically targeted is key to the development of suitable anti-cancer drugs. Primary effusion lymphoma (PEL) is a rare and incurable malignancy that can occur in immunodeficient patients as a consequence of latent infection of B-cells with Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus, KSHV (also known as human herpesvirus-8, HHV8). Malignant growth of KSHV-infected B cells requires the constitutive activity of the transcription factor NF-KB, which controls expression of viral genes required for maintenance of viral latency and suppression of the viral lytic program. Here we identify the protease mucosa-associated lymphoid tissue transformation protein 1 (MALTI), a key driver of NF-KB activation in lymphocytes, as an essential component in KSHV-dependent NF-KB activation and growth of latently infected PEL cell lines. Inhibition of the MALTI protease activity induced a switch from the latent to the lytic stage of viral infection, and led to reduced growth and survival of PEL cell lines in vitro and in a xenograft model. These results demonstrate a key role for the proteolytic activity of MALTI in PEL, and provide a rationale for the pharmacological targeting of MALTI in PEL therapy. -- L'identification d'activités enzymatiques propre au cancer est clé dans le développement des nouvaux médicaments anti-cancer. Le lymphome primitif des séreuses est un lymphome rare et incurable qui peut se developer chez les patients immunodéficients. Il est la conséquence d'une infection latente des cellules B, dûe à l'herpes virus 8, plus connu comme herpes virus associé au sarcome de Kaposi (KSHV). La croissance maligne des cellules B infecteés par KSHV requière l'activité constitutive du facteur de transcription NF-KB qui contrôle l'expression des genes viraux requis pour la maintenance latente et la suppression du programme de lyse du virus. Avec cette étude, nous avons identifié la protease MALTI comme un composant essentiel dans l'activation de NF-KB dans les cellules B du lymphome primitif des séreuses. L'inhibition de l'activité de la protéase MALTI induit un virement de la phase latente à la phase lytique du KSHV et conduit à une reduction de la viabilité des cellules tumorales in vitro et dans un modèle de xénogreffe. Ces résultats démontrent un rôle clé pour l'activité protéolytique de MALTI dans le développement du lymphome primitif des séreuses et soutiennent l'idée que MALTI pourrait être une cible pharmacologique dans la thérapie de cette forme rare du lymphome.

Diffantom: Whole-Brain Diffusion MRI Phantoms Derived from Real Datasets of the Human Connectome Project.

Food allergies are believed to be on the rise and currently management relies on the avoidance of the food. Hen's egg allergy is after cow's milk allergy the most common food allergy; eggs are used in many food products and thus difficult to avoid. A technological process using a combination of enzymatic hydrolysis and heat treatment was designed to produce modified hen's egg with reduced allergenic potential. Biochemical (SDS-PAGE, Size exclusion chromatography and LC-MS/MS) and immunological (ELISA, immunoblot, RBL-assays, animal model) analysis showed a clear decrease in intact proteins as well as a strong decrease of allergenicity. In a clinical study, 22 of the 24 patients with a confirmed egg allergy who underwent a double blind food challenge with the hydrolysed egg remained completely free of symptoms. Hydrolysed egg products may be beneficial as low allergenic foods for egg allergic patients to extent their diet. This article is protected by copyright. All rights reserved.