Cheminformatic studies of molecular properties and their influence on bioactivity in the context of drug discovery

Molecular shape has long been known to be an important property for the process of molecular recognition. Previous studies postulated the existence of a drug-like shape space that could be used to artificially bias the composition of screening libraries, with the aim to increase the chance of success in Hit Identification. In this work, it was analysed to which extend this assumption holds true. Normalized Principal Moments of Inertia Ratios (NPRs) have been used to describe the molecular shape of small molecules. It was investigated, whether active molecules of diverse targets are located in preferred subspaces of the NPR shape space. Results illustrated a significantly stronger clustering than could be expected by chance, with parts of the space unlikely to be occupied by active compounds. Furthermore, a strong enrichment of elongated, rather flat shapes could be observed, while globular compounds were highly underrepresented. This was confirmed for a wide range of small molecule datasets from different origins. Active compounds exhibited a high overlap in their shape distributions across different targets, making a purely shape­ based discrimination very difficult. An additional perspective was provided by comparing the shapes of protein binding pockets with those of their respective ligands. Although more globular than their ligands, it was observed that binding sites shapes exhibited a similarly skewed distribution in shape space: spherical shapes were highly underrepresented. This was different for unoccupied binding pockets of smaller size. These were on the contrary identified to possess a more globular shape. The relation between shape complementarity and exhibited bioactivity was analysed; a moderate correlation between bioactivity and parameters including pocket coverage, distance in shape space, and others could be identified, which reflects the importance of shape complementarity. However, this also suggests that other aspects are of relevance for molecular recognition. A subsequent analysis assessed if and how shape and volume information retrieved from pocket or respective reference ligands could be used as a pre-filter in a virtual screening approach. ln Lead Optimization compounds need to get optimized with respect to a variety of pararneters. Here, the availability of past success stories is very valuable, as they can guide medicinal chemists during their analogue synthesis plans. However, although of tremendous interest for the public domain, so far only large corporations had the ability to mine historical knowledge in their proprietary databases. With the aim to provide such information, the SwissBioisostere database was developed and released during this thesis. This database contains information on 21,293,355 performed substructural exchanges, corresponding to 5,586,462 unique replacements that have been measured in 35,039 assays against 1,948 molecular targets representing 30 target classes, and on their impact on bioactivity . A user-friendly interface was developed that provides facile access to these data and is accessible at http//www.swissbioisostere.ch. The ChEMBL database was used as primary data source of bioactivity information. Matched molecular pairs have been identified in the extracted and cleaned data. Success-based scores were developed and integrated into the database to allow re-ranking of proposed replacements by their past outcomes. It was analysed to which degree these scores correlate with chemical similarity of the underlying fragments. An unexpectedly weak relationship was detected and further investigated. Use cases of this database were envisioned, and functionalities implemented accordingly: replacement outcomes are aggregatable at the assay level, and it was shawn that an aggregation at the target or target class level could also be performed, but should be accompanied by a careful case-by-case assessment. It was furthermore observed that replacement success depends on the activity of the starting compound A within a matched molecular pair A-B. With increasing potency the probability to lose bioactivity through any substructural exchange was significantly higher than in low affine binders. A potential existence of a publication bias could be refuted. Furthermore, often performed medicinal chemistry strategies for structure-activity-relationship exploration were analysed using the acquired data. Finally, data originating from pharmaceutical companies were compared with those reported in the literature. It could be seen that industrial medicinal chemistry can access replacement information not available in the public domain. In contrast, a large amount of often-performed replacements within companies could also be identified in literature data. Preferences for particular replacements differed between these two sources. The value of combining different endpoints in an evaluation of molecular replacements was investigated. The performed studies highlighted furthermore that there seem to exist no universal substructural replacement that always retains bioactivity irrespective of the biological environment. A generalization of bioisosteric replacements seems therefore not possible. - La forme tridimensionnelle des molécules a depuis longtemps été reconnue comme une propriété importante pour le processus de reconnaissance moléculaire. Des études antérieures ont postulé que les médicaments occupent préférentiellement un sous-ensemble de l'espace des formes des molécules. Ce sous-ensemble pourrait être utilisé pour biaiser la composition de chimiothèques à cribler, dans le but d'augmenter les chances d'identifier des Hits. L'analyse et la validation de cette assertion fait l'objet de cette première partie. Les Ratios de Moments Principaux d'Inertie Normalisés (RPN) ont été utilisés pour décrire la forme tridimensionnelle de petites molécules de type médicament. Il a été étudié si les molécules actives sur des cibles différentes se co-localisaient dans des sous-espaces privilégiés de l'espace des formes. Les résultats montrent des regroupements de molécules incompatibles avec une répartition aléatoire, avec certaines parties de l'espace peu susceptibles d'être occupées par des composés actifs. Par ailleurs, un fort enrichissement en formes allongées et plutôt plates a pu être observé, tandis que les composés globulaires étaient fortement sous-représentés. Cela a été confirmé pour un large ensemble de compilations de molécules d'origines différentes. Les distributions de forme des molécules actives sur des cibles différentes se recoupent largement, rendant une discrimination fondée uniquement sur la forme très difficile. Une perspective supplémentaire a été ajoutée par la comparaison des formes des ligands avec celles de leurs sites de liaison (poches) dans leurs protéines respectives. Bien que plus globulaires que leurs ligands, il a été observé que les formes des poches présentent une distribution dans l'espace des formes avec le même type d'asymétrie que celle observée pour les ligands: les formes sphériques sont fortement sous­ représentées. Un résultat différent a été obtenu pour les poches de plus petite taille et cristallisées sans ligand: elles possédaient une forme plus globulaire. La relation entre complémentarité de forme et bioactivité a été également analysée; une corrélation modérée entre bioactivité et des paramètres tels que remplissage de poche, distance dans l'espace des formes, ainsi que d'autres, a pu être identifiée. Ceci reflète l'importance de la complémentarité des formes, mais aussi l'implication d'autres facteurs. Une analyse ultérieure a évalué si et comment la forme et le volume d'une poche ou de ses ligands de référence pouvaient être utilisés comme un pré-filtre dans une approche de criblage virtuel. Durant l'optimisation d'un Lead, de nombreux paramètres doivent être optimisés simultanément. Dans ce contexte, la disponibilité d'exemples d'optimisations réussies est précieuse, car ils peuvent orienter les chimistes médicinaux dans leurs plans de synthèse par analogie. Cependant, bien que d'un extrême intérêt pour les chercheurs dans le domaine public, seules les grandes sociétés pharmaceutiques avaient jusqu'à présent la capacité d'exploiter de telles connaissances au sein de leurs bases de données internes. Dans le but de remédier à cette limitation, la base de données SwissBioisostere a été élaborée et publiée dans le domaine public au cours de cette thèse. Cette base de données contient des informations sur 21 293 355 échanges sous-structuraux observés, correspondant à 5 586 462 remplacements uniques mesurés dans 35 039 tests contre 1948 cibles représentant 30 familles, ainsi que sur leur impact sur la bioactivité. Une interface a été développée pour permettre un accès facile à ces données, accessible à http:/ /www.swissbioisostere.ch. La base de données ChEMBL a été utilisée comme source de données de bioactivité. Une version modifiée de l'algorithme de Hussain et Rea a été implémentée pour identifier les Matched Molecular Pairs (MMP) dans les données préparées au préalable. Des scores de succès ont été développés et intégrés dans la base de données pour permettre un reclassement des remplacements proposés selon leurs résultats précédemment observés. La corrélation entre ces scores et la similarité chimique des fragments correspondants a été étudiée. Une corrélation plus faible qu'attendue a été détectée et analysée. Différents cas d'utilisation de cette base de données ont été envisagés, et les fonctionnalités correspondantes implémentées: l'agrégation des résultats de remplacement est effectuée au niveau de chaque test, et il a été montré qu'elle pourrait également être effectuée au niveau de la cible ou de la classe de cible, sous réserve d'une analyse au cas par cas. Il a en outre été constaté que le succès d'un remplacement dépend de l'activité du composé A au sein d'une paire A-B. Il a été montré que la probabilité de perdre la bioactivité à la suite d'un remplacement moléculaire quelconque est plus importante au sein des molécules les plus actives que chez les molécules de plus faible activité. L'existence potentielle d'un biais lié au processus de publication par articles a pu être réfutée. En outre, les stratégies fréquentes de chimie médicinale pour l'exploration des relations structure-activité ont été analysées à l'aide des données acquises. Enfin, les données provenant des compagnies pharmaceutiques ont été comparées à celles reportées dans la littérature. Il a pu être constaté que les chimistes médicinaux dans l'industrie peuvent accéder à des remplacements qui ne sont pas disponibles dans le domaine public. Par contre, un grand nombre de remplacements fréquemment observés dans les données de l'industrie ont également pu être identifiés dans les données de la littérature. Les préférences pour certains remplacements particuliers diffèrent entre ces deux sources. L'intérêt d'évaluer les remplacements moléculaires simultanément selon plusieurs paramètres (bioactivité et stabilité métabolique par ex.) a aussi été étudié. Les études réalisées ont souligné qu'il semble n'exister aucun remplacement sous-structural universel qui conserve toujours la bioactivité quel que soit le contexte biologique. Une généralisation des remplacements bioisostériques ne semble donc pas possible.

A Picture of Performance Goals in the Social Plenum: The Interpersonal Antecedents and Consequences of Performance Goals

Bien que les activités où la compétence est un enjeu (p. ex. : problème académique) prennent souvent place dans des contextes interpersonnels (p. ex. : classe), hiérarchiques (p. ex. : enseignant-e/élèves), et spécifiques en termes de normes et de valeurs (p. ex. : culture), l'étude des buts de performance-le désir de se montrer compétent-e relativement à autrui-a le plus souvent été conduite au seul niveau intrapersonnel. S'appuyant sur le modèle transactionnel du stress et du coping, le modèle circumplexe des comportements interpersonnels, ainsi que sur la théorie de l'élaboration du conflit, la première partie de cette thèse révèle les conséquences interpersonnelles des buts de performance sur la régulation d'un comportement spécifique, à savoir le conflit sociocognitif (c.-à-d., une situation de confrontation avec un intéractant en désaccord) : les buts de performance-approche-le désir d'être meilleur-e qu'autrui-prédisent une régulation du conflit fortement agentique (dominante), soit la validation de son point de vue au détriment de celui de l'intéractant (que nous désignons régulation compétitive) ; alors que les buts de performance-évitement-le désir de ne pas être moins bon-ne qu'autrui-prédisent une régulation du conflit faiblement agentique (soumise), soit l'invalidation de son point de vue au bénéfice de celui de l'intéractant (que nous désignons régulation protective). De plus, les effets susmentionnés augmentent à mesure que l'intéractant est présenté comme supérieurement (vs. similairement) compétent. S'appuyant sur la littérature sur les structures de buts de groupe, et celle sur la socialisation des valeurs, la seconde partie de cette thèse révèle les antécédents interpersonnels des buts de performance, et plus spécifiquement le rôle du superviseur dans la socialisation des buts de performance : les buts de performance-approche d'un superviseur sont positivement associés avec l'émergence au cours du temps des buts de performance-approche de ses subordonnés (particulièrement lorsqu'ils se perçoivent comme compétents) et celle de leurs buts de performance-évitement (particulièrement lorsqu'ils se perçoivent comme incompétents). En outre, ce phénomène consistant en un processus de socialisation, les effets susmentionnés augmentent lorsque l'identification à l'endogroupe des subordonnées augmente, et lorsque l'adhésion aux valeurs culturelles occidentales dominantes (c.-à-d., rehaussement de soi) du superviseur augmente. Dans leur ensemble, ces résultats soulignent la nécessité d'étudier les buts dans leur plenum social, autrement dit, en adoptant une perspective interpersonnelle (c.-à-d., étudier les effets des buts entre les individus), positionnelle (c.-à-d., entre des individus de différentes positions sociales), et idéologique (c.- à-d., entre des individus se conformant à des normes spécifiques et adhérant à des valeurs spécifiques). -- Although competence-relevant activities (e.g., solving an academic problem) are often embedded in interpersonal (e.g., classroom), hierarchical (e.g., teacher/pupils), and norm-/value-specific (e.g., culture) settings, the study of performance goals-the desire to demonstrate competence relative to others-has mostly been conducted at the intrapersonal level alone. Drawing on the transactional model of stress and coping, the circumplex model of interpersonal behaviors, as well as on the conflict elaboration theory, the first part of this thesis reveals the interpersonal consequences of performance goals on the regulation of a specific behavior, namely socio-cognitive conflict (i.e., a situation of confrontation with a disagreeing interactant): Performance-approach goals-the desire to outperform others- predicted a highly agentic (dominant) conflict regulation, that is, the validation of one's point of view at the expense of that of the interactant (which we labeled competitive regulation); whereas performance-avoidance goals-the desire not to be outperformed by others- predicted a poorly agentic (submissive) conflict regulation, that is, the invalidation of one's point of view to the benefit of that of the interactant (which we labeled protective regulation). Furthermore, both the aforementioned effects were found to increase when the interactant was presented as being superiorly (vs. equally) in competence. Drawing on the literature on group goal structure, as well as on research on socialization of supervisors-based values, the second part of this thesis reveals the interpersonal antecedents of performance-based goals endorsement, focusing-more specifically-on the role of group-supervisors in performance goals socialization: Supervisor's performance-approach goals were positively associated with the emergence over time of subordinates' performance-approach (especially when perceiving themselves as competent) and -avoidance goals (especially when perceiving themselves as incompetent). Furthermore, providing evidence that this phenomenon essentially reflects a socialization process, both the aforementioned effects were found to increase as subordinates' in-group identification increased, and as supervisors' adherence to dominant Western values (i.e., self-enhancement values) increased. Taken together, these results advocate the need to study performance goals in their social plenum, that is, adopting an interpersonal (i.e., studying the effects of goals between individuals), positional (i.e., between individuals from different social positions), and ideological (i.e., between individuals following specific norms and endorsing specific values) perspective.

Antitumor activities of ATP-competitive inhibitors of mTOR in colon cancer cells

Le cancer colorectal est la 3ème cause de décès liée au cancer dans l'Europe de l'Ouest et nécessite une prise en charge pluridisciplinaire. Les thérapies anticancéreuses récentes développées visent à inhiber les voies de signalisation cellulaires responsables de la prolifération des cellules tumorales. L'inhibition de la voie de signalisation cellulaire mTOR, est une stratégie prometteuse. En effet, mTOR est souvent suractivé dans les cellules du cancer colorectal et régule la croissance, la prolifération et la survie cellulaire. De nombreuses études récentes ont démontrés l'importance de l'activité de mTOR dans le développement du cancer colorectal et l'efficacité anti-tumorale des inhibiteurs allostériques de mTOR, telle que la rapamycine. Récemment, une nouvelle classe d'inhibiteur de mTOR, notamment PP242 et NVP-BEZ235, agissant comme inhibiteur ATP- compétitif a été développée. L'efficacité de ces inhibiteurs n'a pas été démontrée dans le contexte du cancer colorectal. Dans cette étude, nous avons comparé l'effet de PP242, un inhibiteur ATP-compétitif de mTOR et NVP-BEZ235, un inhibiteur dual de PI3K/mTOR par rapport à la rapamycine. Nous avons étudié, in vitro, leur effet sur la croissance, la prolifération et la survie cellulaire sur des lignées cellulaires du cancer du colon (LS174, SW480 et DLD-1) et, in vivo, sur la croissance de xénogreffes dans un modèle murin. Nous avons émis l'hypothèse que l'effet des ces nouveaux inhibiteurs seraient plus importants qu'avec la rapamycine. Nous avons observé que le PP242 et le NVP-BEZ235 réduisent significativement et de façon plus marquée que la rapamycine la croissance, la prolifération et la survie cellulaire des cellules LS174T et DLD-1. Ces inhibiteurs réduisent également la prolifération et la survie cellulaire des cellules SW480 alors que celles-ci étaient résistantes à la rapamycine. Nous avons également observé que les inhibiteurs PP242 et NVP-BEZ235 réduisaient la croissance des xénogreffes avec les lignées cellulaires LS174 et SW480. Finalement, nous avons remarqué que l'effet anti-tumoral des inhibiteurs ATP-compétitifs de mTOR était potentialisé par l'U0126, un inhibiteur de MEK/MAPK, souvent activé dans les voies de signalisation cellulaire du cancer colorectal. En conclusion, nous avons observé que les inhibiteurs ATP-compétitifs de mTOR bloquent la croissance de cellules tumorales du cancer colorectal in vitro et in vivo. Ces résultats démontrent que ces inhibiteurs représentent une option thérapeutique prometteuse dans le traitement du cancer colorectal et méritent d'être évalués dans des études cliniques.

The Lorenz-maximal core allocations and the kernel in some classes of assignment games

En aquest treball demostrem que en la classe de jocs d'assignació amb diagonal dominant (Solymosi i Raghavan, 2001), el repartiment de Thompson (que coincideix amb el valor tau) és l'únic punt del core que és maximal respecte de la relació de dominància de Lorenz, i a més coincideix amb la solucié de Dutta i Ray (1989), també coneguda com solució igualitària. En segon lloc, mitjançant una condició més forta que la de diagonal dominant, introduïm una nova classe de jocs d'assignació on cada agent obté amb la seva parella òptima almenys el doble que amb qualsevol altra parella. Per aquests jocs d'assignació amb diagonal 2-dominant, el repartiment de Thompson és l'únic punt del kernel, i per tant el nucleolo.

Decomposing Cross-Country Gaps in Obesity and Overweight: Does the Social Environment Matter?

[cat] Una qüestió clau sobre la producció de salut relativament poc explorada es refereix a la influència dels factors socioeconòmics i mediambientals sobre el pes i l’obesitat. Aquesta problemàtica adquireix particular rellevància quan es comparen dos països Mediterranis com Itàlia i Espanya. És interessant adonar-se que l’obesitat a Espanya és 5 punts percentual més elevada al 2003 mentre que a l’any 1990 era aproximadament la mateixa en ambdós països. Aquesta article presenta una descomposició no lineal dels gaps o diferencials en taxes de sobrepès (índex de massa corporal – IMC- entre 25 i 29.9 9 kg/m2), obesitat classe 1 (IMC≥30 kg/m2) i classe 2 (IMC≥35 kg/m2) entre Espanya i Itàlia per gènere i grups d’edat. En explicar aquests gaps entre països aïllem les influències dels estils de vida, els efectes socioeconòmics i els mediambientals. Els nostres resultats indiquen que quan no es controla pels efectes mediambientals (efectes de grup o ‘peer effects’) els hàbits alimentaris i el nivell educatiu són els principals predictors del gaps totals entre països (36-52%), si bé aquests dos factors exerceixen un impacte diferenciat segons gènere i edat. Un tant paradoxalment, quan controlem pels efectes de grup aquests predictors perden la seva capacitat explicativa i els efectes de grup passen a explicar entre el 46-76% dels gaps en sobrepès i obesitat i mostren un patró creixent amb l’edat.

Cultura obrera y prensa anarquista: radiografia de Guerra di Classe, plataforma de los anarquistas italianos durante la Guerra Civil en Catalunya, 1936-1938

Giovanni C. Cattini is a young historian who offers an itemized study on Berneri's Guerra di Classe: he refers the first moments and also the definitive crisis of this newspaper after Berneri¿s assassination in May 1937. This is not the first work devoted to this militant platform has been annalysed but Cattini's approach observes not only the ideological and political contest maintained with other sectors of the libertarian movement but the contrived militant tools that have allowed its existance during the Spanish Civil War.

Cultura obrera y prensa anarquista: radiografia de Guerra di Classe, plataforma de los anarquistas italianos durante la Guerra Civil en Catalunya, 1936-1938

Giovanni C. Cattini is a young historian who offers an itemized study on Berneri's Guerra di Classe: he refers the first moments and also the definitive crisis of this newspaper after Berneri¿s assassination in May 1937. This is not the first work devoted to this militant platform has been annalysed but Cattini's approach observes not only the ideological and political contest maintained with other sectors of the libertarian movement but the contrived militant tools that have allowed its existance during the Spanish Civil War.

The neuronal monocarboxylate transporter MCT2: its regulation by BDNF and its role in learning and memory

Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain physiological and pathological conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood-brain barrier or out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal isoform and little is known about the regulation of its expression. Noradrenaline (NA), insulin and IGF-1 were previously shown to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here we demonstrate that the well known brain neurotrophic factor BDNF enhances MCT2 protein expression in cultured cortical neurons and in synaptoneurosome preparations in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. We observed that BDNF induced MCT2 expression by activation of MAPK as well as PI3K/Akt/mTOR signaling pathways. Furthermore, we investigated the possible post-transcriptional regulation of MCT2 expression by a neuronal miRNA. Then, we demonstrated that BDNF enhanced MCT2 expression in the hippocampus in vivo, in parallel with some post-synaptic proteins such as PSD95 and AMPA receptor GluR2/3 subunits, and two immediate early genes Arc and Zif268 known to be expressed in conditions related to synaptic plasticity. In the last part, we demonstrated in vivo that a downregulation of hippocampal MCT2 via silencing with an appropriate lentiviral vector in mice caused an impairment of working memory without reference memory deficit. In conclusion, these results suggest that regulation of neuronal monocarboxylate transporter MCT2 expression could be a key event in the context of synaptic plasticity, allowing an adequate energy substrate supply in situations of altered synaptic efficacy. - Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergéiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famillle de transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que la noradrénaline, l'insuline et l'IGF-1 induisent l'expression de MCT2 dans des cultures de neurones corticaux par un mécanisme traductionnel. Dans cette étude nous démontrons dans un premier temps que le facteur neurotrophique BDNF augmente l'expression de MCT2 à la fois dans des cultures de neurones corticaux et dans les préparations synaptoneurosomales selon un décours temporel et une gamme de concentrations propre. Aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Nous avons observé que le BDNF induisait l'expression de MCT2 par l'activation simultanée des voies de signalisation MAPK et PI3K/Akt/mTOR. De plus, nous nous sommes intéressés à une potentielle régulation par les micro-ARNs de la synthèse de MCT2. Ensuite, nous avons démontré que le BDNF induit aussi l'expression de MCT2 dans l'hippocampe de la souris en parallèle avec d'autres protéines post-synaptiques telles que PSD95 et GluR2/3 et avec deux « immediate early genes » tels que Arc et Zif268 connus pour être exprimés dans des conditions de plasticité synaptique. Dans un dernier temps, nous avons démontré qu'une diminution d'expression de MCT2 induite par le biais d'un siRNA exprimé via un vecteur lentiviral dans l'hippocampe de souris générait des déficits de mémoire de travail sans affecter la mémoire de référence. En conclusion, ces résultats nous suggèrent que le transporteur aux monocarboxylates neuronal MCT2 serait essentiel pour l'apport énergétique du lactate pour les neurones dans des conditions de haute activité neuronale comme c'est le cas pendant les processus de plasticité synaptique.