Caractérisation et étude de la régulation d’une isoforme cytosolique de peroxyrédoxine chez les solanacées

Les peroxyrédoxines (PRXs) forment une famille de peroxydases communes à tous les organismes vivants et ubiquitaires dans la cellule. Leur particularité provient d’un ou deux résidus cystéines accomplissant un cycle d’oxydo-réduction à l’aide d’un donneur d’électron. Ces protéines thiols sensibles au potentiel redox sont impliquées dans le mécanisme de détoxification du H2O2, une molécule oxydante induite lors de situations de stress. Les PRXs pourraient être induites par le stress et régulées par phosphorylation. En effet, des expérimentations in vitro ont démontré que la nucléoside diphosphate kinase 1 (NDPK1) a la capacité de phosphoryler une PRX cytosolique de pomme de terre. Ce mémoire décrit les travaux expérimentaux effectués pour caractériser la fonction de la PRX. Pour cela, le clonage d’une isoforme a été effectué, suivi d’une caractérisation biochimique et d’une étude d’expression de la protéine. Les données de séquençage révèlent qu’il s’agit d’une PRX de type II phylogénétiquement liée aux PRXs cytosoliques. L’ADNc codant pour cette peroxyrédoxine (PRX1) a été cloné chez Solanum chacoense. Une protéine recombinante portant une étiquette (6xHis) en N-terminale a été produite. Des essais enzymatiques ont confirmé la fonction antioxydante de la protéine recombinante et un anticorps polyclonal a été généré chez le lapin puis utilisé en conjonction avec un anticorps anti-NDPK1 pour déterminer les patrons d’expression généraux de ces protéines chez Solanum lycopersicum et Solanum tuberosum lors de situations de stress. Les données démontrent que les deux protéines sont généralement co-exprimées mais pas co-régulées et que la PRX1 est induite en certaines situations de stress.

The Role of Second Generation Antiretroviral Drugs in HIV-1 Subtype B and non-B Variants Harboring Natural Polymorphisms and Drug Resistance Mutations.

Cette thèse traite de la résistance du VIH-1 aux antirétroviraux, en particulier de l'activité antivirale de plusieurs inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) ainsi que des inhibiteurs de protéase (IP). Nous avons exploré l’émergence et la spécificité des voies de mutations qui confèrent la résistance contre plusieurs nouveaux INNTI (étravirine (ETR) et rilpivirine (RPV)) (chapitres 2 et 3). En outre, le profil de résistance et le potentiel antirétroviral d'un nouvel IP, PL-100, est présenté dans les chapitres 4 et 5. Pour le premier projet, nous avons utilisé des sous-types B et non-B du VIH-1 pour sélectionner des virus résistants à ETR, et ainsi montré que ETR favorise l’émergence des mutations V90I, K101Q, E138K, V179D/E/F, Y181C, V189I, G190E, H221H/Y et M230L, et ce, en 18 semaines. Fait intéressant, E138K a été la première mutation à émerger dans la plupart des cas. Les clones viraux contenant E138K ont montré un faible niveau de résistance phénotypique à ETR (3,8 fois) et une diminution modeste de la capacité de réplication (2 fois) par rapport au virus de type sauvage. Nous avons également examiné les profils de résistance à ETR et RPV dans les virus contenant des mutations de résistance aux INNTI au début de la sélection. Dans le cas du virus de type sauvage et du virus contenant la mutation unique K103N, les premières mutations à apparaître en présence d’ETR ou de RPV ont été E138K ou E138G suivies d’autres mutations de résistance aux INNTI. À l’inverse, dans les mêmes conditions, le virus avec la mutation Y181C a évolué pour produire les mutations V179I/F ou A62V/A, mais pas E138K/G. L'ajout de mutations à la position 138 en présence de Y181C n'augmente pas les niveaux de résistance à ETR ou RPV. Nous avons également observé que la combinaison de Y181C et E138K peut conduire à un virus moins adapté par rapport au virus contenant uniquement Y181C. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que les mutations Y181C et E138K peuvent être antagonistes. L’analyse de la résistance au PL-100 des virus de sous-type C et CRF01_AE dans les cellules en culture est décrite dans le chapitre 4. Le PL-100 sélectionne pour des mutations de résistance utilisant deux voies distinctes, l'une avec les mutations V82A et L90M et l'autre avec T80I, suivi de l’addition des mutations M46I/L, I54M, K55R, L76F, P81S et I85V. Une accumulation d'au moins trois mutations dans le rabat protéique et dans le site actif est requise dans chaque cas pour qu’un haut niveau de résistance soit atteint, ce qui démontre que le PL-100 dispose d'une barrière génétique élevée contre le développement de la résistance. Dans le chapitre 5, nous avons évalué le potentiel du PL-100 en tant qu’inhibiteur de protéase de deuxième génération. Les virus résistants au PL-100 émergent en 8-48 semaines alors qu’aucune mutation n’apparaît avec le darunavir (DRV) sur une période de 40 semaines. La modélisation moléculaire montre que la haute barrière génétique du DRV est due à de multiples interactions avec la protéase dont des liaison hydrogènes entre les groupes di-tétrahydrofuranne (THF) et les atomes d'oxygène des acides aminés A28, D29 et D30, tandis que la liaison de PL-100 est principalement basée sur des interactions polaires et hydrophobes délocalisées à travers ses groupes diphényle. Nos données suggèrent que les contacts de liaison hydrogène et le groupe di-THF dans le DRV, ainsi que le caractère hydrophobe du PL-100, contribuent à la liaison à la protéase ainsi qu’à la haute barrière génétique contre la résistance et que la refonte de la structure de PL-100 pour inclure un groupe di-THF pourrait améliorer l’activité antivirale et le profil de résistance.

Synthesis of (S)-cEt-LNA

Nucleoside (S)-cEt-LNA a été synthétisé par trois voies différentes à partir de la 5- méthyluridine qui est commercialement disponible. Le chemin le plus court comprend une méthylation diastéréosélective d'un aldéhyde, et une cyclisation 5-exo-tet d'un éther par déplacement SN2.

Synthesis of constrained tricyclic nucleosides and the core of nagilactone B

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”. Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie. Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B.

Factores pronósticos al desarrollo de mutaciones relacionadas con resistencia antiretroviral secundaria en pacientes colombianos viviendo con VIH

Las mutaciones secundarias de resistencia al manejo antiretroviral es una realidad, y determina el éxito o fracaso del manejo del VIH. En Colombia, los casos de resistencia asociadas a mutaciones han aumentado. Para determinar esta condición en nuestra población, se realiza un estudio de tipo casos y controles, en pacientes VIH manejados en una IPS especializada en manejo y seguimiento de la enfermedad. Toman 71 pacientes con fracaso terapéutico por resistencia antiretroviral, y se documentaron las mutaciones confirmadas con Genotipo, pacientes que han manejado los diferentes esquemas antirretrovirales, y se comparan con pacientes controles que no desarrollaron resistencia a pesar de haber recibido un manejo antiretroviral similar e iniciado al mismo tiempo. Se busca evidenciar factores predictivos para controlar presencia de estas mutaciones a futuro. El estudio encontró que en ambos grupos, no existen diferencias significativas en cuanto a género, preferencia sexual, uso de psicoactivos, nivel social y las etapas de la enfermedad clasificadas según CDC. Observando que los pacientes con resistencia al tratamiento, eran más jóvenes que los controles (OR: 0,891; p> 0,001), y con una menor carga viral al momento del diagnóstico. La adecuada adherencia al tratamiento, se mostró como un factor protector al desarrollo de resistencia (OR: 0,030, p< 0,000). Se evidencia que existe mayor riesgo de generación de mutaciones en pacientes jóvenes. Respecto a los tipos de mutaciones evidenciadas por genotipos, se describen múltiples mutaciones, observando mutaciones para inhibidores de la transcriptasa reversa nucleosidos (33 mutaciones) y no nucleosidos (32 mutaciones), principalmente M184V en INTR (81%) y K103N en INNTR (40%), mutaciones para inhibidores de proteasa (57 mutaciones), principalmente L24I (40%); esta prevalencia de mutaciones son similares a estudios realizados y descritos en la literatura médica (1)

Synteza analogów nukleozydów i pronukleotydów z zastosowaniem reakcji Huisgena katalizowanej jonami miedzi(I) oraz badania ich aktywności biologicznej

Wydział Chemii: Pracownia Chemii Nukleozydów i Nukleotydów

Nuclear magnetic resonance structure shows that the severe acute respiratory syndrome coronavirus-unique domain contains a macrodomain fold

The nuclear magnetic resonance (NMR) structure of a central segment of the previously annotated severe acute respiratory syndrome (SARS)-unique domain (SUD-M, for "middle of the SARS-unique domain") in SARS coronavirus (SARS-CoV) nonstructural protein 3 (nsp3) has been determined. SUD-M(513-651) exhibits a macrodomain fold containing the nsp3 residues 528 to 648, and there is a flexibly extended N-terminal tail with the residues 513 to 527 and a C-terminal flexible tail of residues 649 to 651. As a follow-up to this initial result, we also solved the structure of a construct representing only the globular domain of residues 527 to 651 [SUD-M(527-651)]. NMR chemical shift perturbation experiments showed that SUD-M(527-651) binds single-stranded poly(A) and identified the contact area with this RNA on the protein surface, and electrophoretic mobility shift assays then confirmed that SUD-M has higher affinity for purine bases than for pyrimidine bases. In a further search for clues to the function, we found that SUD-M(527-651) has the closest three-dimensional structure homology with another domain of nsp3, the ADP-ribose-1 ''-phosphatase nsp3b, although the two proteins share only 5% sequence identity in the homologous sequence regions. SUD-M(527-651) also shows three-dimensional structure homology with several helicases and nucleoside triphosphate-binding proteins, but it does not contain the motifs of catalytic residues found in these structural homologues. The combined results from NMR screening of potential substrates and the structure-based homology studies now form a basis for more focused investigations on the role of the SARS-unique domain in viral infection.

Introduction of vinyl and hydroxymethyl functionalities at C-4 of glucose-derived substrates: synthesis of spirocyclic, bicyclic, and tricyclic nucleosides

Installing hydroxymethyl and hydroxyethyl substitutions at C-4 through vinylation and hydroboration-oxidation reactions of the C-4 bis-hydroxymethyl derivative of D-glucose based substrate, and inserting heteroatoms thereafter permitted formation of N-, O-, or S-heterocycles leading to [4,5]or [5,5]-spirocycles and a bicyclo[3.3.0]octane product. Some of the spirocycles were converted to spironucleosides under Vorbruggen glycosidation reaction conditions. Similarly, the bicyclic product was elaborated to the corresponding bicyclic nucleoside as well as an unexpected tricyclic nucleoside.

Synthesis of oxepane ring containing monocyclic, conformationally restricted bicyclic and spirocyclic nucleosides from d-glucose: a cycloaddition approach

Carbohydrate-derived substrates having (i) C-5 nitrone and C-3-O-allyl, (ii) C-4 vinyl and a C-3-O-tethered nitrone, and (iii) C-5 nitrone and C-4-allyloxymethyl generated tetracyclic isoxazolidinooxepane/-pyrart ring systems upon intramolecular nitrone cycloaddition reactions. Deprotection of the 1,2acetonides of these derivatives followed by introduction of uracil base via Vorbruggen reaction condition and cleavage of the isooxazolidine rings as well as of benzyl groups by transfer hydrogenolysis yielded an oxepane ring containing blicyclic and spirocyclic nucleosides. The corresponding oxepane based nucleoside analogues were prepared by cleavage of isoxazolidine and furanose rings, coupling of the generated amino functiontalities with 5-amino-4,6-dichloropyrimidine, cyclization to purine rings, and finally aminolysis.

Ectonucleotidase activities are altered in serum and platelets of L-NAME-treated rats

It is well known that hypertension is closely associated to the development of vascular diseases and that the inhibition of nitric oxide biosynthesis by administration of N omega-Nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride (L-NAME) leads to arterial hypertension. In the vascular system, extracellular purines mediate several effects: thus, ADP is the most important platelet agonist and recruiting agent, while adenosine, all end product Of nucleotide metabolism, is a vasodilator and inhibitor of platelet activation and recruitment. Members of several families of enzymes, known as ectonucleotidases, including E-NTPDases (ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase), E-NPP (ecto-nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase) and 5`-nucleotidase are able to hydrolyze extracellular nucleotides until their respective nucleosides. We investigated the ectonuclectidase activities of serum and platelets from rats made hypertensive by oral administration of L-NAME (30 mg/kg/day for 14 days or 30 mg/kg/day for 14 days Plus 7 days of L-NAME washout, in the drinking water) in comparison to normotensive control rats. L-NAME promoted a significant rise in systolic blood pressure from 112 +/- 9.8 to 158 +/- 23 mmHg. The left ventricle weight index (LVWI) was increased in rats treated with L-NAME for 14 days when compared to control animals. In Serum samples, ATP, ADP and AMP hydrolysis were reduced by about 27%, 36% and 27%, respectively. In platelets, the decrease in ATP, ADP and AMP hydrolysis Was approximately 27%, 24% and 32%, respectively. All parameters recovered after 7 days of L-NAME washout. HPLC demonstrated a reduction in ADP, AMP and hypoxanthine levels by about 64%, 69% and 87%, respectively. In this study, we showed that ectonucleotidase activities are decreased in serum and platelets from L-NAME-treated rats, which should represent an additional risk for the development of hypertension. The modulation of ectonucleotidase activities may represent an approach to antihypertensive therapy via inhibition of spontaneous platelet activation and recruitment, as well as thrombus formation. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

From Rational Design of Drug Crystals to Understanding of Nucleic Acid Structures: Lamivudine Duplex

A DNA-like duplex of nucleosides is probable to exist even without the 5`-phosphate groups needed to assemble the chain backbone. However, double-stranded helical structures of nucleosides are unknown. Here, we report a duplex of nucleoside analogs that is spontaneously assembled due to stacking of the neutral and protonated molecules of lamivudine, a nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NTRI) widely used in anti-HIV drug combinatory medication. The left-handed lamivudine duplex has features similar to those of i-motif DNA, as the face-to-face base stacking and the helix rise per base pair. Furthermore, the protonation pattern on alternate bases expected for it DNA-like duplex stabilized by pairing of neutral and protonated cytosine fragments was observed for the first time in the lamivudine double-stranded helix. This structure demonstrates that hydrogen bonds can substitute for covalent phosphodiester linkage in the stabilization of the duplex backbone. This interesting example of spontaneous molecular self-organization indicates that the 5`-phosphate group could not be a requirement for duplex assembly.

Fragment-Based QSAR and Molecular Modeling Studies on a Series of Discodermolide Analogs as Microtubule-Stabilizing Anticancer Agents

Inhibition of microtubule function is an attractive rational approach to anticancer therapy. Although taxanes are the most prominent among the microtubule-stabilizers, their clinical toxicity, poor pharmacokinetic properties, and resistance have stimulated the search for new antitumor agents having the same mechanism of action. Discodermolide is an example of nontaxane natural product that has the same mechanism of action, demonstrating superior antitumor efficacy and therapeutic index. The extraordinary chemical and biological properties have qualified discodermolide as a lead structure for the design of novel anticancer agents with optimized therapeutic properties. In the present work, we have employed a specialized fragment-based method to develop robust quantitative structure - activity relationship models for a series of synthetic discodermolide analogs. The generated molecular recognition patterns were combined with three-dimensional molecular modeling studies as a fundamental step on the path to understanding the molecular basis of drug-receptor interactions within this important series of potent antitumoral agents.

Classical and hologram QSAR studies on a series of inhibitors of trypanosomatid Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase

Leishmaniasis and trypanosomiasis are major causes of morbidity and mortality in both tropical and subtropical regions of the world. The current available drugs are limited, ineffective, and require long treatment regimens. Due to the high dependence of trypanosomatids on glycolysis as a source of energy, some glycolytic enzymes have been identified as attractive targets for drug design. In the present work, classical Two-Dimensional Quantitative Structure -Activity Relationships (2D QSAR) and Hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a series of adenosine derivatives as inhibitors of Leishmania mexicana Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase (LmGAPDH). Significant correlation coefficients (classical QSAR, r(2)=0.83 and q(2) =0.81; HQSAR, r(2)=0.91 and q(2) =0.86) were obtained for the 56 training set compounds, indicating the potential of the models for untested compounds. The models were then externally validated using a test set of 14 structurally related compounds and the predicted values were in good agreement with the experimental results (classical QSAR, r(pred)(2) = 0.94; HQSAR, r(pred)(2) = 0.92).

Structural basis for selective inhibition of trypanosomatid glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase: Molecular docking and 3D QSAR studies

The glycolytic enzyme glyceraldehyde-3 -phosphate dehydrogenase (GAPDH) is as an attractive target for the development of novel antitrypanosomatid agents. In the present work, comparative molecular field analysis and comparative molecular similarity index analysis were conducted on a large series of selective inhibitors of trypanosomatid GAPDH. Four statistically significant models were obtained (r(2) > 0.90 and q(2) > 0.70), indicating their predictive ability for untested compounds. The models were then used to predict the potency of an external test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results. Molecular modeling studies provided further insight into the structural basis for selective inhibition of trypanosomatid GAPDH.

Fragment-based and classical quantitative structure-activity relationships for a series of hydrazides as antituberculosis agents

Worldwide, tuberculosis (TB) is the leading cause of death among curable infectious diseases. Multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis is an emerging problem of great importance to public health, and there is an urgent need for new anti-TB drugs. In the present work, classical 2D quantitative structure-activity relationships (QSAR) and hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a training set of 91 isoniazid derivatives. Significant statistical models (classical QSAR, q(2) = 0.68 and r(2) = 0.72; HQSAR, q(2) = 0.63 and r(2) = 0.86) were obtained, indicating their consistency for untested compounds. The models were then used to evaluate an external test set containing 24 compounds which were not included in the training set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results (HQSAR, r(pred)(2) = 0.87; classical QSAR, r(pred)(2) = 0.75).