Catabolic ornithine carbamoyltransferase of Pseudomonas aeruginosa. Importance of the N-terminal region for dodecameric structure and homotropic carbamoylphosphate cooperativity.

Pseudomonas aeruginosa has an anabolic (ArgF) and a catabolic (ArcB) ornithine carbamoyltransferase (OTCase). Despite extensive sequence similarities, these enzymes function unidirectionally in vivo. In the dodecameric catabolic OTCase, homotropic cooperativity for carbamoylphosphate strongly depresses the anabolic reaction; the residue Glu1O5 and the C-terminus are known to be essential for this cooperativity. When Glu1O5 and nine C-terminal amino acids of the catabolic OTCase were introduced, by in vitro genetic manipulation, into the closely related, trimeric, anabolic (ArgF) OTCase of Escherichia coli, the enzyme displayed Michaelis-Menten kinetics and no cooperativity was observed. This indicates that additional amino acid residues are required to produce homotropic cooperativity and a dodecameric assembly. To localize these residues, we constructed several hybrid enzymes by fusing, in vivo or in vitro, the E. coli argF gene to the P. aeruginosa arcB gene. A hybrid enzyme consisting of 101 N-terminal ArgF amino acids fused to 233 C-terminal ArcB residues and the reciprocal ArcB-ArgF hybrid were both trimers with little or no cooperativity. Replacing the seven N-terminal residues of the ArcB enzyme by the corresponding six residues of E. coli ArgF enzyme produced a dodecameric enzyme which showed a reduced affinity for carbamoylphosphate and an increase in homotropic cooperativity. Thus, the N-terminal amino acids of catabolic OTCase are important for interaction with carbamoylphosphate, but do not alone determine dodecameric assembly. Hybrid enzymes consisting of either 26 or 42 N-terminal ArgF amino acids and the corresponding C-terminal ArcB residues were both trimeric, yet they retained some homotropic cooperativity. Within the N-terminal ArcB region, a replacement of motif 28-33 by the corresponding ArgF segment destabilized the dodecameric structure and the enzyme existed in trimeric and dodecameric states, indicating that this region is important for dodecameric assembly. These findings were interpreted in the light of the three-dimensional structure of catabolic OTCase, which allows predictions about trimer-trimer interactions. Dodecameric assembly appears to require at least three regions: the N- and C-termini (which are close to each other in a monomer), residues 28-33 and residues 147-154. Dodecameric structure correlates with high carbamoylphosphate cooperativity and thermal stability, but some trimeric hybrid enzymes retain cooperativity, and the dodecameric Glu1O5-->Ala mutant gives hyperbolic carbamoylphosphate saturation, indicating that dodecameric structure is neither necessary nor sufficient to ensure cooperativity.

Relationship between imatinib population pharmacokinetics and alpha-1-acid glycoprotein

Objectives: Considering the large inter-individual differences in the function of the systems involved in imatinib disposition, exposure to this drug can be expected to vary widely among patients. Among those known systems is alpha-1-acid glycoprotein (AGP), a circulating protein that strongly binds imatinib. This observational study aimed to explore the influence of plasma AGP on imatinib pharmacokinetics. Methods: A population pharmacokinetic analysis was performed using NONMEM based on 278 plasma samples from 51 oncologic patients, for whom both total imatinib and AGP plasma concentrations were measured. The influence of this biological covariate on oral clearance and volume of distribution was examined. Results: A one-compartment model with first-order absorption appropriately described the data. 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 through an unbound clearance process, and integrating the dissociation constant as a parameter in the model. This approach allowed determining an average (± SEM) free clearance of 1310 (± 172) L/h and a volume of distribution of 301 (± 23) L. By comparison, the total clearance previously determined was 14 (± 1) L/h. Free clearance was affected by body weight and pathology diagnosis. Moreover, this model provided consistent estimates of the association constant between imatinib and AGP (5.5?106 L/mol) and of the average in vivo free fraction of imatinib (1.1%). The variability observed (17% for free clearance and 66% for volume of distribution) was less than the one previously reported without considering AGP impact. AGP explained indeed about one half of the variability observed in total imatinib disposition. Conclusion: Such findings clarify in part the in vivo impact of protein binding on imatinib disposition and might raise again the question whether high levels of AGP could represent a resistance factor to imatinib. This remains however questionable, as it is not expected to affect free drug concentrations. On the other hand, would imatinib be demonstrated as a drug requiring therapeutic drug monitoring, either the measurement of free concentration or the correction of the total concentration by the actual AGP plasma levels should be considered for accurate interpretation of the results.

The evolution of social discounting in hierarchically clustered populations.

The expression of a social behaviour may affect the fitness of actors and recipients living in the present and in the future of the population. When there is a risk that a future reward will not be experienced in such a context, the value of that reward should be discounted; but by how much? Here, we evaluate social discount rates for delayed fitness rewards to group of recipients living at different positions in both space and time than the actor in a hierarchically clustered population. This is a population where individuals are grouped into families, families into villages, villages into clans, and so on, possibly ad infinitum. The group-wide fitness effects are assumed to either increase or decrease the fecundity or the survival of recipients and can be arbitrarily extended in space and time. We find that actions changing the survival of individuals living in the future are generally more strongly discounted than fecundity-changing actions for all future times and that the value of future rewards increases as individuals live longer. We also find that delayed fitness effects may not only be discounted by a constant factor per unit delay (exponential discounting), but that, as soon as there is localized dispersal in a population, discounting per unit delay is likely to fall rapidly for small delays and then slowly for longer delays (hyperbolic discounting). As dispersal tends to be localized in natural populations, our results suggest that evolution is likely to favour individuals that express present-biased behaviours and that may be time-inconsistent with respect to their group-wide effects.

Adolescents suicidants et attachement.

L'article présente le protocole et les premiers résultats d'une enquête menée actuellement à l'université de Liège (Belgique) pour rechercher l'existence de corrélations entre attachement et tentatives de suicide à l'adolescence. L' enquête comporte deux types d'échantillons d'adolescents de 16 à 20 ans. Un premier groupe concerne 75 adolescents «tout venant» rencontrés dans différentes écoles. Le second concerne des adolescents suicidants hospitalisés en (pédo) psychiatrie ou suivis en ambulatoire. L'enquête comprend: 1) une enquête rétrospective sur les habitudes de vie pendant l'enfance. Un questionnaire -anonyme-reprend des renseignements concernant la situation familiale, de possibles traumatismes, les habitudes de vie entre 0 - 6 ans ainsi que la situation actuelle de l'adolescent. 2) une échelle d'estime de soi: estimation de l'image que l'adolescent a de lui face à ses proches puis de l'image qu'il pense que ses proches ont de lui. 3) un auto questionnaire de dépression et d'anxiété (HADS). 4) un test d'évaluation du type d'attachement (CaMIR). Les résultats (23 adolescents suicidants, tous de nationalité belge et de famille d'origine belge) montrent une plus grande proportion de filles et une plus grande proportion issue de couples séparés. Les adolescents suicidants ont plus fréquemment un attachement insécure (type préoccupé) que le groupe témoin; ils obtiennent beaucoup plus souvent -mais pas toujours-un score de dépression sévère. Ils rapportent une moins bonne image d'eux-mêmes; ils signalent beaucoup plus de problèmes de sommeil, plus fréquemment présents déjà dans l'enfance. Ils signalent plus de comportements à risque et de fugues.

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.