Neuropeptide Y expression and regulation in a differentiated rat insulin-secreting cell line.

Neuropeptide-Y (NPY) is a 36-amino acid peptide known to inhibit glucose-stimulated insulin secretion in various animal models in vitro and in vivo. NPY is thought to be one of the mediators of sympathetic action in the pancreas through nerve endings surrounding the islets, and it has recently been shown to be synthesized within the islets of Langerhans. To elucidate the potential role of NPY in the endocrine pancreas, we studied the expression and regulation of NPY secretion in a rat insulinoma cell line (INS-1). NPY mRNA and peptide are highly expressed and secreted by INS-1 cells. NPY levels were determined by a sensitive and specific two-site amplified enzyme-linked immunosorbent assay. Incubation of INS-1 cells with various glucose concentrations did not modify NPY secretion; however, stimulation of adenylate cyclase by forskolin induced a dose- and time-dependent increase in NPY release in the medium. The glucagon-like peptide-I-(7-36) amide (GLP-1), a known gluco-incretin in humans, induced at low concentration (10(-9) M) a similar expression of NPY mRNA and peptide secretion in INS-1 cells. On the other hand, the inhibition of cAMP accumulation by the alpha 2-adrenergic agonist clonidine decreased NPY secretion. In conclusion, 1) high levels of gene expression and secretion of NPY are found in a rat insulinoma cell line (INS-1). 2) Accumulation of cAMP induced by forskolin or a gluco-incretin (GLP-1) induces a further increase in NPY gene expression and release. 3) NPY secretion is not modulated by low or high glucose concentrations in the medium. 4) Induction of NPY, a known inhibitor of insulin secretion, may represent a novel counterregulatory mechanism of insulin secretion, limiting the stimulatory effect of GLP-1 on insulin secretion.

T-dependent B cell activation and differentiation in Lat Y136F mice : polyclonal response leading to autoimmune disease

SUMMARY LatY136F knock-in mice harbor a point mutation in tyrosine 136 of the linker for activation of T cells (LAT), and show accumulation of TH2 effector cells leading to IgG1 and IgE hypergammaglobulinemia. The observed polyclonal. B cell activation was not a direct effect of the mutation on B cells since in the absence of T cells mutant B cells did not show an activated phenotype. After adoptive transfer of LAT mutant T cells into wild type (WT) Tcell-deficient recipients, recipient B cells became activated. We show in vivo and in vitro that the LatY136F mutation promotes Tcell-dependent B cell activation leading to germinal center, memory and plasma cell formation even in the absence of MHC class II. This effect was, however, dependant on CD40 and CD80/CD86. All the plasma and memory B cell populations found in physiological T cell-dependent B cell responses were found. Characterization of the abundant plasmablasts observed in. secondary lymphoid organs of LatY136F mice revealed the presence of a previously uncharacterized CD93expressing subpopulation, whose existence was confirmed in WT mice after immunization. In LatY136F mice, B cell activation was polyclonal and not antigen-driven, since the increase in serum IgG1 and IgE concentrations involved antibodies and autoantibodies with different specificities equally. Although the non-complement-fixing IgG1 and IgE were the only isotypes significantly increased in LatY136F serum, we observed early onset of systemic autoimmunity with nephritis showing IgE autoantibody deposits and severe proteinuria. These results show that TH2 cells developing in LatY136F mice can trigger polyclonal B cell activation and thereby lead to systemic autoimmune disease. RESUME Les souris présentent une mutation ponctuelle au niveau de la tyrosine 136 de l'adaptateur requis pour l'activation des cellules T (LAT) et développent, de ce fait, une accumulation de cellules T effectrices de type TH2 ainsi qu'une hypergammaglobulémie des isotypes IgG1 et IgE. Dans ce modèle murin, l'activation des cellules B et la production d'anticorps qui y est associée ne sont pas dues à un effet direct de la mutation. Nous avons mis en évidence que l'interaction physique entre cellules T activées et cellules B est indispensable au développement de ce phenotype. D'un point de vue moléculaire, cette interaction ne requiert pas l'intervention des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe II, garant de la spécificité d'une réponse immunitaire. Cependant, les molécules de costimulation CD40 et CD80/CD86 sont indispensables à une réponse complète des cellules B. Les souris LatY136F développent d'importantes populations de cellules B des centres germinatifs, de cellules B mémoires ainsi que de cellules sécrétant des anticorps, qui présentent les mêmes caractéristiques que lors d'une réponse immunitaire à un antigène classique. En observant plus précisément les plasmablastes présents dans les ganglions des souris LatY13sF, nous avons détecté une sous-population exprimant CD93; l'expression de ce marqueur par les cellules B n'a jamais été mise en évidence durant une réponse immunitaire. Cependant, notre étude a permis de confirmer sa présence, dans les ganglions de souris de type sauvage, lors d'immunisation avec différents antigènes. Nous avons montré que l'activation des cellules B des souris LatY136F est polyclonale et n'est pas dirigée par un antigène; les taux d'autoanticorps augmentent de manière proportionnelle à ceux des anticorps totaux. Bien que les IgG1 et les IgE ne soient pas des isotypes connus pour leurs propriétés pathogéniques, nous avons observé le développement d'une autoimmunité systémique caractérisée par une néphrite impliquant des dépôts d'autoanticorps du type IgE ainsi que par une sévère proteinurée.

Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

Loss of insulin synthesis and beta cell survival induced by oxidized LDL require activation of reticulum endoplasmic stress: a mechanism countered by HDL

Elevated circulating concentrations in modified LDL-cholesterol particles (e.g. oxidised LDL) and low levels in HDL increase not only the risk for diabetic patients to develop cardiovascular diseases but also may contribute to development and progression of diabetes by directly having adverse effects on β-cells. Chronic exposure of β-cells to 2 mM human oxidised LDL-cholesterol (oxLDL) increases the rate of apoptosis, reduce insulin biosynthesis and the secretory capacity of the cells in response to nutrients. In line with the protective role, HDL efficiently antagonised the harmful effects of ox- LDL, suggesting that low levels of HDL would be inefficient to protect β-cells against oxLDL attack in patients. Activation of endoplasmic reticulum (ER) stress is pointed out to contribute to β-cell dysfunction elicited by environmental stressors. In this study we investigated whether activation of ER stress is required for oxLDL to mediate detrimental effects on β-cells and we tested the potential antagonist properties of HDL: The mouse MIN6 insulin-secreting cells were cultured with 2 mM of LDL-cholesterol preparation (native or in vitro oxidized) in the presence or absence of 1 mM of HDL-cholesterol or the ER stress inhibitor 4-phenylbutyrate (4-PBA): Prolonged exposure of MIN6 cells to 2 mM oxLDL-cholesterol for 48 hours led to an increase in expression of ER stress markers such as ATF4, CHOP and p58 and stimulated the splicing of XBP-1 whereas, induction of these markers was not observable in the cells cultured with native LDL. Treatment of the cells with the 4-PBA chemical chaperone molecule efficiently blocked activation of the ER stress markers induced by oxLDL. The latter mediates β-cell dysfunction and apoptosis by diminishing the expression of islet brain 1 (IB1) and Bcl2. The levels of these two proteins were preserved in the cells that were co-treated with oxLDL and the 4-PBA. Consistent with this result we found that blockade of ER stress activation alleviated the loss of insulin synthesis and abolished apoptosis evoked by oxLDL. However incubation of the cells with 4-PBA did not prevent impairment of insulin secretion elicited by oxLDL, indicating that ER stress is not responsible for the oxLDL-mediated defect of insulin secretion. Co-incubation of the cells with HDL mimicked the effects of 4-PBA on the expression of IB1 and Blc2 and thereby counteracted oxLDL attacks on insulin synthesis and cell survivals. We found that HDL efficiently inhibited activation of the ER stress mediated by oxLDL: These data highlight the contribution of the ER stress in the defects of insulin synthesis and cell survivals induced by oxLDL and emphasize the potent role of HDL to counter activation of the oxLDL-mediated ER-stress activation:

Cell-permeable peptides induce dose- and length-dependent cytotoxic effects.

We have explored the threshold of tolerance of three unrelated cell types to treatments with potential cytoprotective peptides bound to Tat(48-57) and Antp(43-58) cell-permeable peptide carriers. Both Tat(48-57) and Antp(43-58) are well known for their good efficacy at crossing membranes of different cell types, their overall low toxicity, and their absence of leakage once internalised. Here, we show that concentrations of up to 100 microM of Tat(48-57) were essentially harmless in all cells tested, whereas Antp(43-58) was significantly more toxic. Moreover, all peptides bound to Tat(48-57) and Antp(43-58) triggered significant and length-dependent cytotoxicity when used at concentrations above 10 microM in all but one cell types (208F rat fibroblasts), irrespective of the sequence of the cargo. Absence of cytotoxicity in 208F fibroblasts correlated with poor intracellular peptide uptake, as monitored by confocal laser scanning fluorescence microscopy. Our data further suggest that the onset of cytotoxicity correlates with the activation of two intracellular stress signalling pathways, namely those involving JNK, and to a lesser extent p38 mitogen-activated protein kinases. These responses are of particular concern for cells that are especially sensitive to the activation of stress kinases. Collectively, these results indicate that in order to avoid unwanted and unspecific cytotoxicity, effector molecules bound to Tat(48-57) should be designed with the shortest possible sequence and the highest possible affinity for their binding partners or targets, so that concentrations below 10 microM can be successfully applied to cells without harm. Considering that cytotoxicity associated to Tat(48-57)- and Antp(43-58) bound peptide conjugates was not restricted to a particular type of cells, our data provide a general framework for the design of cell-penetrating peptides that may apply to broader uses of intracellular peptide and drug delivery.

Ochratoxin A at nanomolar concentration perturbs the homeostasis of neural stem cells in highly differentiated but not in immature three-dimensional brain cell cultures.

Ochratoxin A (OTA), a fungal contaminant of basic food commodities, is known to be highly cytotoxic, but the pathways underlying adverse effects at subcytotoxic concentrations remain to be elucidated. Recent reports indicate that OTA affects cell cycle regulation. Therefore, 3D brain cell cultures were used to study OTA effects on mitotically active neural stem/progenitor cells, comparing highly differentiated cultures with their immature counterparts. Changes in the rate of DNA synthesis were related to early changes in the mRNA expression of neural stem/progenitor cell markers. OTA at 10nM, a concentration below the cytotoxic level, was ineffective in immature cultures, whereas in mature cultures it significantly decreased the rate of DNA synthesis together with the mRNA expression of key transcriptional regulators such as Sox2, Mash1, Hes5, and Gli1; the cell cycle activator cyclin D2; the phenotypic markers nestin, doublecortin, and PDGFRα. These effects were largely prevented by Sonic hedgehog (Shh) peptide (500ngml(-1)) administration, indicating that OTA impaired the Shh pathway and the Sox2 regulatory transcription factor critical for stem cell self-renewal. Similar adverse effects of OTA in vivo might perturb the regulation of stem cell proliferation in the adult brain and in other organs exhibiting homeostatic and/or regenerative cell proliferation.

Different concentrations of Mg++ ions affect nuclear matrix protein distribution during thermal stabilization of isolated nuclei.

The nuclear matrix, a proteinaceous network believed to be a scaffolding structure determining higher-order organization of chromatin, is usually prepared from intact nuclei by a series of extraction steps. In most cell types investigated the nuclear matrix does not spontaneously resist these treatments but must be stabilized before the application of extracting agents. Incubation of isolated nuclei at 37C or 42C in buffers containing Mg++ has been widely employed as stabilizing agent. We have previously demonstrated that heat treatment induces changes in the distribution of three nuclear scaffold proteins in nuclei prepared in the absence of Mg++ ions. We studied whether different concentrations of Mg++ (2.0-5 mM) affect the spatial distribution of nuclear matrix proteins in nuclei isolated from K562 erythroleukemia cells and stabilized by heat at either 37C or 42C. Five proteins were studied, two of which were RNA metabolism-related proteins (a 105-kD component of splicing complexes and an RNP component), one a 126-kD constituent of a class of nuclear bodies, and two were components of the inner matrix network. The localization of proteins was determined by immunofluorescent staining and confocal scanning laser microscope. Mg++ induced significant changes of antigen distribution even at the lowest concentration employed, and these modifications were enhanced in parallel with increase in the concentration of the divalent cation. The different sensitivity to heat stabilization and Mg++ of these nuclear proteins might reflect a different degree of association with the nuclear scaffold and can be closely related to their functional or structural role.

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.

Toxicity of allyl esters in insect cell lines and in Spodoptera littoralis larvae

We investigated the effects of five allyl esters, two aromatic (allyl cinnamate and allyl 2-furoate) and three aliphatic (allyl hexanoate, allyl heptanoate, and allyl octanoate) in established insect cell lines derived from different species and tissues. We studied embryonic cells of the fruit fly Drosophila melanogaster (S2) (Diptera) and the beet armyworm Spodoptera exigua (Se4) (Lepidoptera), fat body cells of the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata (CPB) (Coleoptera), ovarian cells of the silkmoth Bombyx mori (Bm5), and midgut cells of the spruce budworm Choristoneura fumiferana (CF203) (Lepidoptera). Cytotoxicity was determined with use of MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide] and trypan blue. In addition, we tested the entomotoxic action of allyl cinnamate against the cotton leafworm Spodoptera littoralis .The median (50%) cytotoxic concentrations (EC50s) of the five allyl esters in the MTT bioassays ranged between 0.25 and 27 mM with significant differences among allyl esters (P = 0.0012), cell lines (P < 0.0001), and the allyl estercell line interaction (P < 0.0001). Allyl cinnamate was the most active product, and CF203 the most sensitive cell line. In the trypan blue bioassays, cytotoxicity was produced rapidly and followed the same trend observed in the MTT bioassay. In first instars of S. littoralis, allyl cinnamate killed all larvae at 0.25% in the diet after 1 day, while this happened in third instars after 5 days. The LC50 in first instars was 0.08%. In addition, larval weight gain was reduced (P < 0.05) after 1 day of feeding on diet with 0.05%. In conclusion, the data provide evidence of the significant but differential cytotoxicity among allyl esters in insect cells of different species and tissues. Midgut cells show high sensitivity, indicating the insect midgut as a primary target tissue. Allyl cinnamate caused rapid toxic effects in S. littoralis larvae at low concentrations, suggesting further potential for use in pest control.

Cell-Cell interaction in erythropoiesis: role of human monocytes

Erythroid burst forming units (BFU-E) are proliferative cells present in peripheral blood and bone marrow which may be precursors of the erythroid colony forming cell found in the bone marrow. To examine the possible role of monocyte-macrophages in the modulation of erythropoiesis, the effect of monocytes on peripheral blood BFU-E proliferation in response to erythropoietin was investigated in the plasma clot culture system. Peripheral blood mononuclear cells from normal human donors were separated into four fractions. Fraction-I cells were obtained from the interface of Ficoll-Hypaque gradients (20-30% monocytes; 60-80% lymphocytes); fraction-II cells were fraction-I cells that were nonadherent to plastic (2-10% monocytes; 90-98% lymphocytes); fraction-III cells were obtained by incubation of fraction-II cells with carbonyl iron followed by Ficoll-Hypaque centrifugation (>99% lymphocytes); and fraction-IV cells represented the adherent population of fraction-II cells released from the plastic by lidocaine (>95% monocytes). When cells from these fractions were cultured in the presence of erythropoietin, the number of BFU-E-derived colonies was inversely proportional to the number of monocytes present (r = ¿0.96, P < 0.001). The suppressive effect of monocytes on BFU-E proliferation was confirmed by admixing autologous purified monocytes (fraction-IV cells) with fraction-III cells. Monocyte concentrations of ¿20% completely suppressed BFU-E activity. Reduction in the number of plated BFU-E by monocyte dilution could not account for these findings: a 15% reduction in the number of fraction-III cells plated resulted in only a 15% reduction in colony formation. These results indicate that monocyte-macrophages may play a significant role in the regulation of erythropoiesis and be involved in the pathogenesis of the hypoproliferative anemias associated with infection and certain neoplasia in which increased monocyte activity and monopoiesis also occur.

Creatine deficiency syndomes : a new model of partial GAMT deficiency affecting brain cell development

Les syndromes de déficiences cérébrales en créatine (CCDS) sont dus à des mutations dans les gènes GATM et G AMT (codant pour les enzymes AGAT et G AMT de la voie de synthèse de créatine) ainsi que SLC6A8 (transporteur de créatine), et génèrent une absence ou une très forte baisse de créatine (Cr) dans le cerveau, mesurée par spectroscopic de résonance magnétique. Les patients CCDS développent des handicaps neurologiques sévères. Les patients AGAT et GAMT peuvent être traités avec des doses importantes de Cr, mais gardent dans la plupart des cas des séquelles neurologiques irréversibles. Aucun traitement efficace n'existe à ce jour pour la déficience en SLC6A8. Bien que de nombreux modèles aient été développés pour comprendre la Cr cérébrale en conditions physiologiques, les pathomécanismes des CCDS ne sont pas encore compris. Des souris transgéniques pour les gènes Gatm, Gamt et Slc6a8 ont été générées, mais elles ne miment que partiellement la pathologie humaine. Parmi les CCDS, la déficience en GAMT est la plus sévère, en raison de l'accumulation cérébrale de l'intermédiaire guanidinoacétate (GAA). Alors que la toxicité cérébrale du GAA a été étudiée par exposition directe au GAA d'animaux adultes sains, les mécanismes de la toxicité du GAA en condition de déficience en GAMT dans le cerveau en développement sont encore inconnus. Le but de ce projet était donc de développer un modèle de déficience en GAMT dans des cultures 3D primaires de cellules nerveuses de rat en agrégats par knock-down du gène GAMT, en utilisant un virus adéno-associé (AAV) induisant le mécanisme d'interférence à l'ARN (RNAi). Le virus scAAV2, à la multiplicité d'infection de 1000, s'est révélé le plus efficace pour transduire tous les types de cellules nerveuses des cultures (neurones, astrocytes, oligodendrocytes), et générer un knock-down maximal de la protéine GAMT de 85% (jour in vitro 18). Cette déficience partielle en GAMT s'est révélée insuffisante pour générer une déficience en Cr, mais a causé l'accumulation attendue de GAA, à des doses comparables aux niveaux observés dans le LCR des patients GAMT. Le GAA a induit une croissance axonale anarchique accompagnée d'une baisse de l'apoptose naturelle, suivis par une induction tardive de mort cellulaire non-apoptotique. Le co-traitement par la Cr a prévenu tous les effets toxiques du GAA. Ce travail montre que l'accumulation de GAA en absence de déficience en Cr est suffisante pour affecter le développement du tissu nerveux, et suggère que des formes de déficiences en GAMT supplémentaires, ne présentant pas de déficiences en Cr, pourraient être découvertes par mesure du GAA, en particulier à travers les programmes récemment proposés de dépistage néonatal de la déficience en GAMT. -- Cerebral creatine deficiency syndromes (CCDS) are caused by mutations in the genes GATM and GAMT (respectively coding for the two enzymes of the creatine synthetic pathway, AGAT and GAMT) as well as SLC6A8 (creatine transporter), and lead to the absence or very strong decrease of creatine (Cr) in the brain when measured by magnetic resonance spectroscopy. Affected patients show severe neurological impairments. While AGAT and GAMT deficient patients can be treated with high dosages of Cr, most remain with irreversible brain sequelae. No treatment has been successful so far for SLC6A8 deficiency. While many models have helped understanding the cerebral Cr pathways in physiological conditions, the pathomechanisms underlying CCDS are yet to be elucidated. Transgenic mice carrying mutations in the Gatm, Gamt and Slc6a8 genes have been developed, but only partially mimic the human pathology. Among CCDS, GAMT deficiency is the most severe, due to the CNS accumulation of the guanidinoacetate (GAA) intermediate. While brain toxicity of GAA has been explored through direct GAA exposure of adult healthy animals, the mechanisms underlying GAA toxicity in GAMT deficiency conditions on the developing CNS are yet unknown. The aim of this project was thus to develop and characterize a GAMT deficiency model in developing brain cells by gene knockdown, by adeno-associated virus (AAV)-driven RNA interference (RNAi) in rat 3D organotypic primary brain cell cultures in aggregates. scAAV2 with a multiplicity of infection of 1000 was shown as the most efficient serotype, was able to transduce all brain cell types (neurons, astrocytes, oligodendrocytes) and to induce a maximal GAMT protein knockdown of 85% (day in vitro 18). Metabolite analysis showed that partial GAMT knockdown was insufficient to induce Cr deficiency but generated the awaited GAA accumulation at concentrations comparable to the levels observed in cerebrospinal fluid of GAMT-deficient patients. Accumulated GAA induced axonal hypersprouting paralleled with inhibition of natural apoptosis, followed by a later induction in non-apoptotic cell death. Cr supplementation led to the prevention of all GAA-induced toxic effects. This work shows that GAA accumulation without Cr deficiency is sufficient to affect CNS development, and suggests that additional partial GAMT deficiencies, which may not show the classical brain Cr deficiency, may be discovered through GAA measurement including by recently proposed neonatal screening programs for GAMT deficiency.

Cyclosporine A kinetics in brain cell cultures and its potential of crossing the blood-brain barrier.

There is an increasing need to develop improved systems for predicting the safety of xenobiotics. However, to move beyond hazard identification the available concentration of the test compounds needs to be incorporated. In this study cyclosporine A (CsA) was used as a model compound to assess the kinetic profiles in two rodent brain cell cultures after single and repeated exposures. CsA induced-cyclophilin B (Cyp-B) secretion was also determined as CsA-specific pharmacodynamic endpoint. Since CsA is a potent p-glycoprotein substrate, the ability of this compound to cross the blood-brain barrier (BBB) was also investigated using an in vitro bovine model with repeated exposures up to 14days. Finally, CsA uptake mechanisms were studied using a parallel artificial membrane assay (PAMPA) in combination with a Caco-2 model. Kinetic results indicate a low intracellular CsA uptake, with no marked bioaccumulation or biotransformation. In addition, only low CsA amounts crossed the BBB. PAMPA and Caco-2 experiments revealed that CsA is mostly trapped to lipophilic compartments and exits the cell apically via active transport. Thus, although CsA is unlikely to enter the brain at cytotoxic concentrations, it may cause alterations in electrical activity and is likely to increase the CNS concentration of other compounds by occupying the BBBs extrusion capacity. Such an integrated testing system, incorporating BBB, brain culture models and kinetics could be applied for assessing neurotoxicity potential of compounds.

Amiodarone biokinetics, the formation of its major oxidative metabolite and neurotoxicity after acute and repeated exposure of brain cell cultures.

The difficulty in mimicking nervous system complexity and cell-cell interactions as well as the lack of kinetics information has limited the use of in vitro neurotoxicity data. Here, we assessed the biokinetic profile as well as the neurotoxicity of Amiodarone after acute and repeated exposure in two advanced rodent brain cell culture models, consisting of both neurons and glial cells organized in 2 or 3 dimensions to mimic the brain histiotypic structure and function. A strategy was applied to evidence the abiotic processes possibly affecting Amiodarone in vitro bioavailability, showing its ability to adsorb to the plastic devices. At clinically relevant Amiodarone concentrations, known to induce neurotoxicity in some patients during therapeutic treatment, a complete uptake was observed in both models in 24h, after single exposure. After repeated treatments, bioaccumulation was observed, especially in the 3D cell model, together with a greater alteration of neurotoxicity markers. After 14days, Amiodarone major oxidative metabolite (mono-N-desethylamiodarone) was detected at limited levels, indicating the presence of active drug metabolism enzymes (i.e. cytochrome P450) in both models. The assessment of biokinetics provides useful information on the relevance of in vitro toxicity data and should be considered in the design of an Integrated Testing Strategy aimed to identify specific neurotoxic alerts, and to improve the neurotoxicity assay predictivity for human acute and repeated exposure.

Comparative effects of macro-sized aluminum oxide and aluminum oxide nanoparticles on erythrocyte hemolysis: influence of cell source, temperature and size

Al2O3 is the most abundantly produced nanomaterial and has been used in diverse fields, including the medical, military and industrial sectors. As there are concerns about the health effects of nanoparticles, it is important to understand how they interact with cells, and specifically with red blood cells. The hemolysis induced by three commercial nano-sized aluminum oxide particles (nanopowder 13 nm, nanopowder <50 nm and nanowire 2-6 nm × 200-400 nm) was compared to aluminum oxide and has been studied on erythrocytes from humans, rats and rabbits, in order to elucidate the mechanism of action and the influence of size and shape on hemolytic behavior. The concentrations inducing 50% hemolysis (HC50) were calculated for each compound studied. The most hemolytic aluminum oxide particles were of nanopowder 13, followed by nanowire and nanopowder 50. The addition of albumin to PBS induced a protective effect on hemolysis in all the nano-forms of Al2O3, but not on Al2O3. The drop in HC50 correlated to a decrease in nanomaterial size, which was induced by a reduction of aggregation Aluminum oxide nanoparticles are less hemolytic than other oxide nanoparticles, and behave differently depending on the size and shape of the nanoparticles. The hemolytic behavior of aluminum oxide nanoparticles differs from that of aluminum oxide.

Comparative effects of macro-sized aluminum oxide and aluminum oxide nanoparticles on erythrocyte hemolysis: influence of cell source, temperature and size

Al2O3 is the most abundantly produced nanomaterial and has been used in diverse fields, including the medical, military and industrial sectors. As there are concerns about the health effects of nanoparticles, it is important to understand how they interact with cells, and specifically with red blood cells. The hemolysis induced by three commercial nano-sized aluminum oxide particles (nanopowder 13 nm, nanopowder <50 nm and nanowire 2-6 nm × 200-400 nm) was compared to aluminum oxide and has been studied on erythrocytes from humans, rats and rabbits, in order to elucidate the mechanism of action and the influence of size and shape on hemolytic behavior. The concentrations inducing 50% hemolysis (HC50) were calculated for each compound studied. The most hemolytic aluminum oxide particles were of nanopowder 13, followed by nanowire and nanopowder 50. The addition of albumin to PBS induced a protective effect on hemolysis in all the nano-forms of Al2O3, but not on Al2O3. The drop in HC50 correlated to a decrease in nanomaterial size, which was induced by a reduction of aggregation Aluminum oxide nanoparticles are less hemolytic than other oxide nanoparticles, and behave differently depending on the size and shape of the nanoparticles. The hemolytic behavior of aluminum oxide nanoparticles differs from that of aluminum oxide.