Force-induced globule-coil transition in laminin binding protein and its role for viral-cell membrane fusion.

The specific interactions of the pairs laminin binding protein (LBP)-purified tick-borne encephalitis viral surface protein E and certain recombinant fragments of this protein, as well as West Nile viral surface protein E and certain recombinant fragments of that protein, are studied by combined methods of single-molecule dynamic force spectroscopy (SMDFS), enzyme immunoassay and optical surface waves-based biosensor measurements. The experiments were performed at neutral pH (7.4) and acid pH (5.3) conditions. The data obtained confirm the role of LBP as a cell receptor for two typical viral species of the Flavivirus genus. A comparison of these data with similar data obtained for another cell receptor of this family, namely human αVβ3 integrin, reveals that both these receptors are very important. Studying the specific interaction between the cell receptors in question and specially prepared monoclonal antibodies against them, we could show that both interaction sites involved in the process of virus-cell interaction remain intact at pH 5.3. At the same time, for these acid conditions characteristic for an endosome during flavivirus-cell membrane fusion, SMDFS data reveal the existence of a force-induced (effective already for forces as small as 30-70 pN) sharp globule-coil transition for LBP and LBP-fragments of protein E complexes. We argue that this conformational transformation, being an analog of abrupt first-order phase transition and having similarity with the famous Rayleigh hydrodynamic instability, might be indispensable for the flavivirus-cell membrane fusion process. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

Using environmental niche modeling to understand biological invasions in a changing world

L'activité humaine affecte particulièrement la biodiversité, qui décline à une vitesse préoccupante. Parmi les facteurs réduisant la biodiversité, on trouve les espèces envahissantes. Symptomatiques d'un monde globalisé où l'échange se fait à l'échelle de la planète, certaines espèces, animales ou végétales, sont introduites, volontairement ou accidentellement par l'activité humaine (par exemple lors des échanges commerciaux ou par les voyageurs). Ainsi, ces espèces atteignent des régions qu'elles n'auraient jamais pu coloniser naturellement. Une fois introduites, l'absence de compétiteur peut les rendre particulièrement nuisibles. Ces nuisances sont plus ou moins directes, allant de problèmes sanitaires (p. ex. les piqûres très aigües des fourmis de feu, originaires d'Amérique du Sud et colonisant à une vitesse fulgurante les USA, l'Australie ou la Chine) à des nuisances sur la biodiversité (p. ex. les ravages de la perche du Nil sur la diversité unique des poissons Cichlidés du Lac Victoria). Il est donc important de pouvoir prévenir de telles introductions. De plus, pour le biologiste, ces espèces représentent une rare occasion de pouvoir comprendre les mécanismes évolutifs et écologiques qui expliquent le succès des envahissantes dans un monde où les équilibres sont bouleversés. Les modèles de niche environnementale sont un outil particulièrement utile dans le cadre de cette problématique. En reliant des observations d'espèces aux conditions environnementales où elles se trouvent, ils peuvent prédire la distribution potentielle des envahissantes, permettant d'anticiper et de mieux limiter leur impact. Toutefois, ils reposent sur des hypothèses pas évidentes à démontrer. L'une d'entre elle étant que la niche d'une espèce reste constante dans le temps, et dans l'espace. Le premier objectif de mon travail est de comparer si la niche d'une espèce envahissante diffère entre sa distribution d'origine native et celle d'origine introduite. En étudiant 50 espèces de plantes et 168 espèces de Mammifères, je démontre que c'est le cas et que par corolaire, il est possible de prédire leurs distributions. La deuxième partie de mon travail consiste à comprendre quelles seront les interactions entre le changement climatiques et les envahissantes, afin d'estimer leur impact sous un climat réchauffé. En étudiant la distribution de 49 espèces de plantes envahissantes, je démontre que les montagnes, régions relativement préservée par ce problème, deviendront bien plus exposées aux risques d'invasions biologiques. J'expose aussi comment les interactions entre l'activité humaine, le réchauffement climatique et les espèces envahissantes menacent la vigne sauvage en Europe et propose des zones géographiques particulièrement adaptée pour sa conservation. Enfin, à une échelle beaucoup plus locale, je montre qu'il est possible d'utiliser ces modèles de niches le long d'une rivière à une échelle extrêmement fine (1 mètre), potentiellement utile pour rationnaliser des mesures de conservations sur le terrain. - Biodiversity is significantly negatively affected by human activity. Invasive species are one of the most important factors causing biodiversity's decline. Intimately linked to the era of global trade, some plant or animal species can be accidentally or casually introduced with human activity (e.g. trade or travel). In this way, these species reach areas they could never reach through natural dispersal. Once naturalized, the lack of competitors can make these species highly noxious. Their effect is more or less direct, from sanitary problems (e.g. the harmful sting of Fire Ants, originating from South America and now spreading throughout USA, China and Australia) or can affect biodiversity (e.g. the Nile perch, devastating the one of the richest hotspot of Cichlid fishes diversity in Lake Victoria). It is thus important to prevent such harmful introductions. Moreover, invasive species represent for biologists one of the rare occasions to understand the evolutionary and ecological mechanisms behind the success of invaders in a world where natural equilibrium is already disturbed. Environmental niche models are particularly useful to tackle this problematic. By relating species observation to the environmental conditions where they occur, they can predict the potential distribution of invasive species, allowing a better anticipation and thus limiting their impact. However, they rely on strong assumption, one of the most important being that the modeled niche remains constant through space and time. The first aim of my thesis is to quantify the difference between the native and the invaded niche. By investigating 50 plant and 168 mammal species, I show that the niche is at least partially conserved, supporting for reliable predictions of invasive' s potential distributions. The second aim of my thesis is to understand the possible interactions between climate change and invasive species, such as to assess their impact under a warmer climate. By studying 49 invasive plant species, I show that mountain areas, which were relatively preserved, will become more suitable for biological invasions. Additionally, I show how interactions between human activity, global warming and invasive species are threatening the wild grapevine in Europe and propose geographical areas particularly adapted for conservation measures. Finally, at a much finer scale where conservation plannings ultimately take place, I show that it is possible to model the niche at very high resolution (1 meter) in an alluvial area allowing better prioritizations for conservation.

Overcoming the heterologous bias: an in vivo functional analysis of multidrug efflux transporter, CgCdr1p in matched pair clinical isolates of Candida glabrata.

We have taken advantage of the natural milieu of matched pair of azole sensitive (AS) and azole resistant (AR) clinical isolates of Candida glabrata for expressing its major ABC multidrug transporter, CgCdr1p for structure and functional analysis. This was accomplished by tagging a green fluorescent protein (GFP) downstream of ORF of CgCDR1 and integrating the resultant fusion protein at its native chromosomal locus in AS and AR backgrounds. The characterization confirmed that in comparison to AS isolate, CgCdr1p-GFP was over-expressed in AR isolates due to its hyperactive native promoter and the GFP tag did not affect its functionality in either construct. We observed that in addition to Rhodamine 6 G (R6G) and Fluconazole (FLC), a recently identified fluorescent substrate of multidrug transporters Nile Red (NR) could also be expelled by CgCdr1p. Competition assays with these substrates revealed the presence of overlapping multiple drug binding sites in CgCdr1p. Point mutations employing site directed mutagenesis confirmed that the role played by unique amino acid residues critical to ATP catalysis and localization of ABC drug transporter proteins are well conserved in C. glabrata as in other yeasts. This study demonstrates a first in vivo novel system where over-expression of GFP tagged MDR transporter protein can be driven by its own hyperactive promoter of AR isolates. Taken together, this in vivo system can be exploited for the structure and functional analysis of CgCdr1p and similar proteins wherein the artefactual concerns encountered in using heterologous systems are totally excluded.

Ocular drug delivery targeting the retina and retinal pigment epithelium using polylactide nanoparticles.

PURPOSE: To study the kinetics of polylactide (PLA) nanoparticle (NP) localization within the intraocular tissues and to evaluate their potential to release encapsulated material. METHODS: A single intravitreous injection (5 micro L) of an NP suspension (2.2 mg/mL) encapsulating either Rh-6G (Rh) or Nile red (Nr) was performed. Animals were killed at various times, and the NPs localization within the intraocular tissues was studied by environmental scanning electron microscopy (ESEM), confocal microscopy, light microscopy histology, fluorescence microscopy, and immunohistochemistry. Eyes injected with blank NPs, free Rh, or PBS solution were used as the control. RESULTS: ESEM showed the flow of the NPs from the site of injection into the vitreous cavity and their rapid settling on the internal limiting membrane. Histology demonstrated the anatomic integrity of the injected eyes and showed no toxic effects. A mild inflammatory cell infiltrate was observed in the ciliary body 6 hours after the injection and in the posterior vitreous and retina at 18 to 24 hours. The intensity of inflammation decreased markedly by 48 hours. Confocal and fluorescence microscopy and immunohistochemistry showed that a transretinal movement of the NPs was gradually taking place with a later localization in the RPE cells. Rh encapsulated within the injected NPs diffused and stained the retina and RPE cells. PLA NPs were still present within the RPE cells 4 months after a single intravitreous injection. CONCLUSIONS: Intravitreous injection of PLA NPs appears to result in transretinal movement, with a preferential localization in the RPE cells. Encapsulated Rh diffuses from the NPs and stains the neuroretina and the RPE cells. The findings support the idea that specific targeting of these tissues is feasible. Furthermore, the presence of the NPs within the RPE cells 4 months after a single injection shows that a steady and continuous delivery of drugs can be achieved.

Safety concerns about CCR5 as an antiviral target.

PURPOSE OF REVIEW: Clinical trials of CCR5 antagonists attest to their efficacy and tolerance in HIV treatment. However, there has been debate on their long-term safety because of the role of CCR5 in innate immunity. This review highlights gaps in our understanding of epidemiology of infections that are modulated by CCR5, in particular, in HIV-infected individuals. RECENT FINDINGS: In the mouse model, CCR5 has a role in the response against pathogens as diverse as Toxoplama gondii, West Nile virus, Mycobacterium tuberculosis, herpes simplex virus, Trypanosoma cruzi, Cryptococcus neoformans, Chlamydia trachomatis, Listeria, and plasmodia. In human cohorts, individuals carrying the defective CCR5Delta32 allele present an increased susceptibility to flavivirus (West Nile virus and tickborne encephalitis virus). The selective pressures that led to the spread of loss-of-function CCR5 mutations in humans (CCR5Delta32), and in mangabeys (CCR5Delta24) are not understood. SUMMARY: The recent availability of CCR5 antagonists has raised concern that genetic, biological, or chemical CCR5 knockout, although beneficial against some pathogens (i.e. HIV), could be deleterious for other processes implicated in pathogen response. The consequences of long-term pharmaceutical intervention on CCR5 should be carefully assessed through rigorous postmarketing surveillance.

Evaluation in vitro de la fonction hémostatique des concentrés plaquettaires traités par inactivation des pathogènes par amotosalem-UVA

La transfusion de concentrés plaquettaires, dès 1958, a permis d'augmenter l'espérance et la qualité de vie des patients dans le domaine de l'onco-hématologie, notamment en réduisant les risques hémorragiques induits par les chimiothérapies intensives. Après le traumatisme de l'affaire du sang contaminé dans les années 1980-1990, la médecine transfusionnelle a adopté des exigences de sécurité et de qualité très strictes et régulées dans plusieurs pays par les instances politiques. Cependant même les mesures de qualité les plus strictes n'ont permis d'atteindre le risque « zéro », notamment en ce qui concerne les contaminations bactériennes. De plus, la prise de conscience de l'existence de nouveaux pathogènes (West Nile Virus, Chikungunya, Prions) a stimulé le développement de 3 techniques d'inactivation des pathogènes pouvant s'appliquer au plasma et aux concentrés plaquettaires : la technique INTERCEPT utilisant l'amotosalen/UVA, la technique MIRASOL avec la riboflavine/UV et la technique THERAFLEX avec les UVC. La Suisse a fait office de pionnière en étant le premier pays au monde à adopter de manière généralisée l'inactivation des pathogènes par la technique INTERCEPT pour les concentrés plaquettaires dès 2011 après sa validation par Swissmedic en 2009 et son implémentation réussie dans plusieurs centres de transfusion pilotes. Coïncidence? Le décès tragique d'un patient pédiatrique en 2009 suite à une contamination bactérienne par une transfusion de concentré plaquettaire a précédé cette décision. Les cliniciens ont besoin de disposer de concentrés plaquettaires sûrs d'un point de vue microbiologique mais également sur le plan hémostatique, d'où la nécessité de disposer de preuves solides sur l'efficacité thérapeutique de ces nouveaux produits. Ceci a fait l'objet de la revue publiée dans Blood Reviews « The clinical and biological impact of new pathogen inactivation technologies on platelets concentrates » dont l'originalité est de couvrir l'étude de l'effet des processus d'inactivation des pathogènes sur la fonction plaquettaire sous toutes ses facettes allant de la protéomique aux études d'hémovigilance. Ce travail montre l'efficacité de ces méthodes et leur sécurité et souligne que l'observation de taux de recirculation moindre peut être compensée par une augmentation du statut d'activation des plaquettes. Le deuxième article publié comme co-auteur dans le journal Blood Transfusion « In vitro evaluation of pathogen-inactivated buffy coat-derived platelet concentrates during storage: The psoralen-based photochemical treatment step-by-step » se pose la question de la modification des propriétés fonctionnelles des plaquettes dans une étude à deux bras (par comparaison entre plaquettes traitées et non traitées). En plus de deux tests utilisés en pratique clinique (agrégation plaquettaire et cytométrie de flux) un test expérimental d'adhésion plaquettaire au fibrinogène en condition statique a été développé en collaboration avec le Prof Angelillo-Scherrer dans le cadre du laboratoire de recherche et développement du SRTS-VD. Les résultats obtenus démontrent la conservation du métabolisme plaquettaire et des changements mineurs dans la capacité d'agrégation mais une augmentation de la capacité d'adhésion au fibrinogène des plaquettes traitées probablement via une augmentation de la conversion de l'intégrine ailb(B3 dans sa forme activée. Les techniques d'inactivation des pathogènes appliqués aux concentrés plaquettaires représentent un important progrès dans le domaine de la médecine transfusionnelle. Leur impact au niveau moléculaire reste cependant encore en partie inconnu et fait l'objet d'études. Le défi actuel consiste à réussir à les adopter aux concentrés érythrocytaires, ce qui révolutionnerait la médecine transfusionnelle.