Analysis of Hepatitis C Virus Intrahost Diversity across the Coding Region by Ultradeep Pyrosequencing

Hepatitis C virus (HCV) is the leading cause of liver disease worldwide. In this study, we analyzed four treatment-naive patients infected with subtype 1a and performed Roche/454 pyrosequencing across the coding region. We report the presence of low-level drug resistance mutations that would most likely have been missed using conventional sequencing methods. The approach described here is broadly applicable to studies of viral diversity and could help to improve the efficacy of direct-acting antiviral agents (DAA) in the treatment of HCV-infected patients.

A tellurium-based cathepsin B inhibitor: Molecular structure, modelling, molecular docking and biological evaluation

The crystallographically determined structure of biologically active 4,4-dichloro-1,3-diphenyl-4-telluraoct-2-en-1-one, 3, shows the coordination geometry for Te to be distorted psi-pentagonal bipyramidal based on a C2OCl3(lone pair) donor set. Notable is the presence of an intramolecular axial Te center dot center dot center dot O (carbonyl) interaction, a design element included to reduce hydrolysis. Raman and molecular modelling studies indicate the persistence of the Te center dot center dot center dot O(carbonyl) interaction in the solution (CHCl3) and gasphases, respectively. Docking studies of 3' (i.e. original 3 less one chloride) with Cathepsin B reveals a change in the configuration about the vinyl C = C bond. i.e. to E from Z (crystal structure). This isomerism allows the optimisation of interactions in the complex which features a covalent Te-SGCys29 bond. Crucially, the E configuration observed for 3' allows for the formation of a hypervalent Te center dot center dot center dot O interaction as well as an O center dot center dot center dot H-O hydrogen bond with the Gly27 and Glu122 residues, respectively. Additional stabilisation is afforded by a combination of interactions spanning the S1, S2, S1' and S2' sub-sites of Cathepsin B. The greater experimental inhibitory activity of 3 compared with analogues is rationalised by the additional interactions formed between 3' and the His110 and His111 residues in the occluding loop, which serve to hinder the entrance to the active site. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Design and synthesis of new (E)-cinnamic N-acylhydrazones as potent antitrypanosomal agents

We report herein the synthesis and trypanocidal profile of new (E)-cinnamic N-acylhydrazones (NAHs) designed by exploiting molecular hybridization between the potent cruzain inhibitors (E)-1-(benzo[d] 11,3)dioxol-5-yl)-3-(4-bromophenyl)prop-2-en-1-one and (E)-3-hydroxy-N'-((2-hydroxynaphthalen-1-yl)methylene)-7-methoxy-2-naphthohydrazide. These derivatives were evaluated against both amastigote and trypomastigote forms of Trypanosoma cruzi and lead us to identify two compounds that were approximately two times more active than the reference drug, benznidazole, and with good cytotoxic index. Although designed as cruzain inhibitors, the weak potency displayed by the best cinnamyl NAH derivatives indicated that another mechanism of action was likely responsible for their trypanocide action. (C) 2012 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Structural Investigation of Anti-Trypanosoma cruzi 2-Iminothiazolidin-4-ones Allows the Identification of Agents with Efficacy in Infected Mice

We modified the thiazolidinic ring at positions N3, C4, and C5, yielding compounds 6-24. Compounds with a phenyl at position N3, 15-19, 22-24, exhibited better inhibitory properties for cruzain and against the parasite than 2-iminothiazolidin-4-one S. We were able to identify one high-efficacy trypanocidal compound, 2-minothiazolidin-4-one 18, which inhibited the activity of cruzain and the proliferation of epirnastigotes and was cidal for trypomastigotes but was not toxic for splenocytes. Having located some of the structural determinants of the trypanocidal properties, we subsequently wished to determine if the exchange of the thiazolidine for a thiazole ring leaves the functional properties unaffected. We therefore tested thiazoles 26-45 and observed that they did not inhibit cruzain, but they exhibited trypanocidal effects. Parasite development was severely impaired when treated with 18, thus reinforcing the notion that this class of heterocycles can lead to useful cidal agents for Chagas disease.

Recombinant expression, localization and in vitro inhibition of midgut cysteine peptidase (Sl-CathL) from sugarcane weevil, Sphenophorus levis

A cDNA coding for a digestive cathepsin L, denominated Sl-CathL, was isolated from a cDNA library of Sphenophorus levis larvae, representing the most abundant EST (10.49%) responsible for proteolysis in the midgut. The open reading frame of 972 bp encodes a preproenzyme similar to midgut cathepsin L-like enzymes in other coleopterans. Recombinant Sl-CathL was expressed in Pichia pastoris, with molecular mass of about 42 kDa. The recombinant protein was catalytically activated at low pH and the mature enzyme of 39 kDa displayed thermal instability and maximal activity at 37 degrees C and pH 6.0. Immunocytochemical analysis revealed Sl-CathL production in the midgut epithelium and secretion from vesicles containing the enzyme into the gut lumen, confirming an important role for this enzyme in the digestion of the insect larvae. The expression profile identified by RT-PCR through the biological cycle indicates that Sl-CathL is mainly produced in larval stages, with peak expression in 30-day-old larvae. At this stage, the enzyme is 1250-fold more expressed than in the pupal fase, in which the lowest expression level is detected. This enzyme is also produced in the adult stage, albeit in lesser abundance, assuming the presence of a different array of enzymes in the digestive system of adults. Tissue-specific analysis revealed that Sl-CathL mRNA synthesis occurs fundamentally in the larval midgut, thereby confirming its function as a digestive enzyme, as detected in immunolocalization assays. The catalytic efficiency of the purified recombinant enzyme was calculated using different substrates (Z-Leu-Arg-AMC, Z-Arg-Arg-AMC and Z-Phe-Arg-AMC) and rSl-CathL exhibited hydrolysis preference for Z-Leu-Arg-AMC (k(cat)/K-m = 37.53 mM S-1), which is similar to other insect cathepsin L-like enzymes. rSl-CathL activity inhibition assays were performed using four recombinant sugarcane cystatins. rSl-CathL was strongly inhibited by recombinant cystatin CaneCPI-4 (K-i = 0.196 nM), indicating that this protease is a potential target for pest control. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular cloning and insecticidal effect of Inga laurina trypsin inhibitor on Diatraea saccharalis and Heliothis virescens

Native Inga laurina (Fabaceae) trypsin inhibitor (ILTI) was tested for anti-insect activity against Diatraea saccharalis and Heliothis virescens larvae. The addition of 0.1% ILTI to the diet of D. saccharalis did not alter larval survival but decreased larval weight by 51%. The H. virescens larvae that were fed a diet containing 0.5% ILTI showed an 84% decrease in weight. ILTI was not digested by the midgut proteinases of either species of larvae. The trypsin levels were reduced by 55.3% in the feces of D. saccharalis and increased by 24.1% in the feces of H. virescens. The trypsin activity in both species fed with ILTI was sensitive to the inhibitor, suggesting that no novel proteinase resistant to ILTI was induced. Additionally, ILTI exhibited inhibitory activity against the proteinases present in the larval midgut of different species of Lepidoptera. The organization of the ilti gene was elucidated by analyzing its corresponding genomic sequence. The recombinant ILTI protein (reILTI) was expressed and purified, and its efficacy was evaluated. Both native ILTI and reILTI exhibited a similar strong inhibitory effect on bovine trypsin activity. These results suggest that ILTI presents insecticidal properties against both insects and may thus be a useful tool in the genetic engineering of plants. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Caratterizzazione del legame di molecole di interesse farmaceutico alla sieroalbumina umana mediante biocromatografia e dicroismo circolare

Negli ultimi anni, un crescente numero di studiosi ha focalizzato la propria attenzione sullo sviluppo di strategie che permettessero di caratterizzare le proprietà ADMET dei farmaci in via di sviluppo, il più rapidamente possibile. Questa tendenza origina dalla consapevolezza che circa la metà dei farmaci in via di sviluppo non viene commercializzato perché ha carenze nelle caratteristiche ADME, e che almeno la metà delle molecole che riescono ad essere commercializzate, hanno comunque qualche problema tossicologico o ADME [1]. Infatti, poco importa quanto una molecola possa essere attiva o specifica: perché possa diventare farmaco è necessario che venga ben assorbita, distribuita nell’organismo, metabolizzata non troppo rapidamente, ne troppo lentamente e completamente eliminata. Inoltre la molecola e i suoi metaboliti non dovrebbero essere tossici per l’organismo. Quindi è chiaro come una rapida determinazione dei parametri ADMET in fasi precoci dello sviluppo del farmaco, consenta di risparmiare tempo e denaro, permettendo di selezionare da subito i composti più promettenti e di lasciar perdere quelli con caratteristiche negative. Questa tesi si colloca in questo contesto, e mostra l’applicazione di una tecnica semplice, la biocromatografia, per caratterizzare rapidamente il legame di librerie di composti alla sieroalbumina umana (HSA). Inoltre mostra l’utilizzo di un’altra tecnica indipendente, il dicroismo circolare, che permette di studiare gli stessi sistemi farmaco-proteina, in soluzione, dando informazioni supplementari riguardo alla stereochimica del processo di legame. La HSA è la proteina più abbondante presente nel sangue. Questa proteina funziona da carrier per un gran numero di molecole, sia endogene, come ad esempio bilirubina, tiroxina, ormoni steroidei, acidi grassi, che xenobiotici. Inoltre aumenta la solubilità di molecole lipofile poco solubili in ambiente acquoso, come ad esempio i tassani. Il legame alla HSA è generalmente stereoselettivo e ad avviene a livello di siti di legame ad alta affinità. Inoltre è ben noto che la competizione tra farmaci o tra un farmaco e metaboliti endogeni, possa variare in maniera significativa la loro frazione libera, modificandone l’attività e la tossicità. Per queste sue proprietà la HSA può influenzare sia le proprietà farmacocinetiche che farmacodinamiche dei farmaci. Non è inusuale che un intero progetto di sviluppo di un farmaco possa venire abbandonato a causa di un’affinità troppo elevata alla HSA, o a un tempo di emivita troppo corto, o a una scarsa distribuzione dovuta ad un debole legame alla HSA. Dal punto di vista farmacocinetico, quindi, la HSA è la proteina di trasporto del plasma più importante. Un gran numero di pubblicazioni dimostra l’affidabilità della tecnica biocromatografica nello studio dei fenomeni di bioriconoscimento tra proteine e piccole molecole [2-6]. Il mio lavoro si è focalizzato principalmente sull’uso della biocromatografia come metodo per valutare le caratteristiche di legame di alcune serie di composti di interesse farmaceutico alla HSA, e sul miglioramento di tale tecnica. Per ottenere una miglior comprensione dei meccanismi di legame delle molecole studiate, gli stessi sistemi farmaco-HSA sono stati studiati anche con il dicroismo circolare (CD). Inizialmente, la HSA è stata immobilizzata su una colonna di silice epossidica impaccata 50 x 4.6 mm di diametro interno, utilizzando una procedura precedentemente riportata in letteratura [7], con alcune piccole modifiche. In breve, l’immobilizzazione è stata effettuata ponendo a ricircolo, attraverso una colonna precedentemente impaccata, una soluzione di HSA in determinate condizioni di pH e forza ionica. La colonna è stata quindi caratterizzata per quanto riguarda la quantità di proteina correttamente immobilizzata, attraverso l’analisi frontale di L-triptofano [8]. Di seguito, sono stati iniettati in colonna alcune soluzioni raceme di molecole note legare la HSA in maniera enantioselettiva, per controllare che la procedura di immobilizzazione non avesse modificato le proprietà di legame della proteina. Dopo essere stata caratterizzata, la colonna è stata utilizzata per determinare la percentuale di legame di una piccola serie di inibitori della proteasi HIV (IPs), e per individuarne il sito(i) di legame. La percentuale di legame è stata calcolata attraverso il fattore di capacità (k) dei campioni. Questo parametro in fase acquosa è stato estrapolato linearmente dal grafico log k contro la percentuale (v/v) di 1-propanolo presente nella fase mobile. Solamente per due dei cinque composti analizzati è stato possibile misurare direttamente il valore di k in assenza di solvente organico. Tutti gli IPs analizzati hanno mostrato un’elevata percentuale di legame alla HSA: in particolare, il valore per ritonavir, lopinavir e saquinavir è risultato maggiore del 95%. Questi risultati sono in accordo con dati presenti in letteratura, ottenuti attraverso il biosensore ottico [9]. Inoltre, questi risultati sono coerenti con la significativa riduzione di attività inibitoria di questi composti osservata in presenza di HSA. Questa riduzione sembra essere maggiore per i composti che legano maggiormente la proteina [10]. Successivamente sono stati eseguiti degli studi di competizione tramite cromatografia zonale. Questo metodo prevede di utilizzare una soluzione a concentrazione nota di un competitore come fase mobile, mentre piccole quantità di analita vengono iniettate nella colonna funzionalizzata con HSA. I competitori sono stati selezionati in base al loro legame selettivo ad uno dei principali siti di legame sulla proteina. In particolare, sono stati utilizzati salicilato di sodio, ibuprofene e valproato di sodio come marker dei siti I, II e sito della bilirubina, rispettivamente. Questi studi hanno mostrato un legame indipendente dei PIs ai siti I e II, mentre è stata osservata una debole anticooperatività per il sito della bilirubina. Lo stesso sistema farmaco-proteina è stato infine investigato in soluzione attraverso l’uso del dicroismo circolare. In particolare, è stato monitorata la variazione del segnale CD indotto di un complesso equimolare [HSA]/[bilirubina], a seguito dell’aggiunta di aliquote di ritonavir, scelto come rappresentante della serie. I risultati confermano la lieve anticooperatività per il sito della bilirubina osservato precedentemente negli studi biocromatografici. Successivamente, lo stesso protocollo descritto precedentemente è stato applicato a una colonna di silice epossidica monolitica 50 x 4.6 mm, per valutare l’affidabilità del supporto monolitico per applicazioni biocromatografiche. Il supporto monolitico monolitico ha mostrato buone caratteristiche cromatografiche in termini di contropressione, efficienza e stabilità, oltre che affidabilità nella determinazione dei parametri di legame alla HSA. Questa colonna è stata utilizzata per la determinazione della percentuale di legame alla HSA di una serie di poliamminochinoni sviluppati nell’ambito di una ricerca sulla malattia di Alzheimer. Tutti i composti hanno mostrato una percentuale di legame superiore al 95%. Inoltre, è stata osservata una correlazione tra percentuale di legame è caratteristiche della catena laterale (lunghezza e numero di gruppi amminici). Successivamente sono stati effettuati studi di competizione dei composti in esame tramite il dicroismo circolare in cui è stato evidenziato un effetto anticooperativo dei poliamminochinoni ai siti I e II, mentre rispetto al sito della bilirubina il legame si è dimostrato indipendente. Le conoscenze acquisite con il supporto monolitico precedentemente descritto, sono state applicate a una colonna di silice epossidica più corta (10 x 4.6 mm). Il metodo di determinazione della percentuale di legame utilizzato negli studi precedenti si basa su dati ottenuti con più esperimenti, quindi è necessario molto tempo prima di ottenere il dato finale. L’uso di una colonna più corta permette di ridurre i tempi di ritenzione degli analiti, per cui la determinazione della percentuale di legame alla HSA diventa molto più rapida. Si passa quindi da una analisi a medio rendimento a una analisi di screening ad alto rendimento (highthroughput- screening, HTS). Inoltre, la riduzione dei tempi di analisi, permette di evitare l’uso di soventi organici nella fase mobile. Dopo aver caratterizzato la colonna da 10 mm con lo stesso metodo precedentemente descritto per le altre colonne, sono stati iniettati una serie di standard variando il flusso della fase mobile, per valutare la possibilità di utilizzare flussi elevati. La colonna è stata quindi impiegata per stimare la percentuale di legame di una serie di molecole con differenti caratteristiche chimiche. Successivamente è stata valutata la possibilità di utilizzare una colonna così corta, anche per studi di competizione, ed è stata indagato il legame di una serie di composti al sito I. Infine è stata effettuata una valutazione della stabilità della colonna in seguito ad un uso estensivo. L’uso di supporti cromatografici funzionalizzati con albumine di diversa origine (ratto, cane, guinea pig, hamster, topo, coniglio), può essere proposto come applicazione futura di queste colonne HTS. Infatti, la possibilità di ottenere informazioni del legame dei farmaci in via di sviluppo alle diverse albumine, permetterebbe un migliore paragone tra i dati ottenuti tramite esperimenti in vitro e i dati ottenuti con esperimenti sull’animale, facilitando la successiva estrapolazione all’uomo, con la velocità di un metodo HTS. Inoltre, verrebbe ridotto anche il numero di animali utilizzati nelle sperimentazioni. Alcuni lavori presenti in letteratura dimostrano l’affidabilita di colonne funzionalizzate con albumine di diversa origine [11-13]: l’utilizzo di colonne più corte potrebbe aumentarne le applicazioni.

Mitochondrial dysfunction in a cell model of thyroid oncocytoma

The role of mitochondrial dysfunction in cancer has long been a subject of great interest. In this study, such dysfunction has been examined with regards to thyroid oncocytoma, a rare form of cancer, accounting for less than 5% of all thyroid cancers. A peculiar characteristic of thyroid oncocytic cells is the presence of an abnormally large number of mitochondria in the cytoplasm. Such mitochondrial hyperplasia has also been observed in cells derived from patients suffering from mitochondrial encephalomyopathies, where mutations in the mitochondrial DNA(mtDNA) encoding the respiratory complexes result in oxidative phosphorylation dysfunction. An increase in the number of mitochondria occurs in the latter in order to compensate for the respiratory deficiency. This fact spurred the investigation into the presence of analogous mutations in thyroid oncocytic cells. In this study, the only available cell model of thyroid oncocytoma was utilised, the XTC-1 cell line, established from an oncocytic thyroid metastasis to the breast. In order to assess the energetic efficiency of these cells, they were incubated in a medium lacking glucose and supplemented instead with galactose. When subjected to such conditions, glycolysis is effectively inhibited and the cells are forced to use the mitochondria for energy production. Cell viability experiments revealed that XTC-1 cells were unable to survive in galactose medium. This was in marked contrast to the TPC-1 control cell line, a thyroid tumour cell line which does not display the oncocytic phenotype. In agreement with these findings, subsequent experiments assessing the levels of cellular ATP over incubation time in galactose medium, showed a drastic and continual decrease in ATP levels only in the XTC-1 cell line. Furthermore, experiments on digitonin-permeabilised cells revealed that the respiratory dysfunction in the latter was due to a defect in complex I of the respiratory chain. Subsequent experiments using cybrids demonstrated that this defect could be attributed to the mitochondrially-encoded subunits of complex I as opposed to the nuclearencoded subunits. Confirmation came with mtDNA sequencing, which detected the presence of a novel mutation in the ND1 subunit of complex I. In addition, a mutation in the cytochrome b subunit of complex III of the respiratory chain was detected. The fact that XTC-1 cells are unable to survive when incubated in galactose medium is consistent with the fact that many cancers are largely dependent on glycolysis for energy production. Indeed, numerous studies have shown that glycolytic inhibitors are able to induce apoptosis in various cancer cell lines. Subsequent experiments were therefore performed in order to identify the mode of XTC-1 cell death when subjected to the metabolic stress imposed by the forced use of the mitochondria for energy production. Cell shrinkage and mitochondrial fragmentation were observed in the dying cells, which would indicate an apoptotic type of cell death. Analysis of additional parameters however revealed a lack of both DNA fragmentation and caspase activation, thus excluding a classical apoptotic type of cell death. Interestingly, cleavage of the actin component of the cytoskeleton was observed, implicating the action of proteases in this mode of cell demise. However, experiments employing protease inhibitors failed to identify the specific protease involved. It has been reported in the literature that overexpression of Bcl-2 is able to rescue cells presenting a respiratory deficiency. As the XTC-1 cell line is not only respiration-deficient but also exhibits a marked decrease in Bcl-2 expression, it is a perfect model with which to study the relationship between Bcl-2 and oxidative phosphorylation in respiratory-deficient cells. Contrary to the reported literature studies on various cell lines harbouring defects in the respiratory chain, Bcl-2 overexpression was not shown to increase cell survival or rescue the energetic dysfunction in XTC-1 cells. Interestingly however, it had a noticeable impact on cell adhesion and morphology. Whereas XTC-1 cells shrank and detached from the growth surface under conditions of metabolic stress, Bcl-2-overexpressing XTC-1 cells appeared much healthier and were up to 45% more adherent. The target of Bcl-2 in this setting appeared to be the actin cytoskeleton, as the cleavage observed in XTC-1 cells expressing only endogenous levels of Bcl-2, was inhibited in Bcl-2-overexpressing cells. Thus, although unable to rescue XTC-1 cells in terms of cell viability, Bcl-2 is somehow able to stabilise the cytoskeleton, resulting in modifications in cell morphology and adhesion. The mitochondrial respiratory deficiency observed in cancer cells is thought not only to cause an increased dependency on glycolysis but it is also thought to blunt cellular responses to anticancer agents. The effects of several therapeutic agents were thus assessed for their death-inducing ability in XTC-1 cells. Cell viability experiments clearly showed that the cells were more resistant to stimuli which generate reactive oxygen species (tert-butylhydroperoxide) and to mitochondrial calcium-mediated apoptotic stimuli (C6-ceramide), as opposed to stimuli inflicting DNA damage (cisplatin) and damage to protein kinases(staurosporine). Various studies in the literature have reported that the peroxisome proliferator-activated receptor-coactivator 1(PGC-1α), which plays a fundamental role in mitochondrial biogenesis, is also involved in protecting cells against apoptosis caused by the former two types of stimuli. In accordance with these observations, real-time PCR experiments showed that XTC-1 cells express higher mRNA levels of this coactivator than do the control cells, implicating its importance in drug resistance. In conclusion, this study has revealed that XTC-1 cells, like many cancer cell lines, are characterised by a reduced energetic efficiency due to mitochondrial dysfunction. Said dysfunction has been attributed to mutations in respiratory genes encoded by the mitochondrial genome. Although the mechanism of cell demise in conditions of metabolic stress is unclear, the potential of targeting thyroid oncocytic cancers using glycolytic inhibitors has been illustrated. In addition, the discovery of mtDNA mutations in XTC-1 cells has enabled the use of this cell line as a model with which to study the relationship between Bcl-2 overexpression and oxidative phosphorylation in cells harbouring mtDNA mutations and also to investigate the significance of such mutations in establishing resistance to apoptotic stimuli.

Untersuchungen zur Beteiligung der Preseniline an den molekularen Mechanismen der Amyloid-ß Entstehung

ZusammenfassungMorbus Alzheimer ist eine progressive, neurodegenerative Erkrankung, die weltweit die häufigste Form der Demenz darstellt und im mittleren bis späten Lebensabschnitt auftritt. Die neuropathologischen Merkmale beinhalten das Auftreten von extrazellulären Ablagerungen aus fibrillogenem Aß42 Peptiden in senilen Plaques und intraneuronalen Akkumulationen von hyperphosphoryliertem Tau in sogenannten neurofibrillären Bündeln. Obwohl die meisten Alzheimer Fälle sporadisch und Alters-assoziiert auftreten, gibt es eine autosomal dominant vererbte Form (FAD; Familial Alzheimer Disease), die schon in einem frühen Lebensabschnitt (ab 28 Jahren) ausbrechen kann. Diese aggressive Alzheimer Form wird durch Mutationen im Amyloid-Precursor-Protein-Gen (APP) oder den Presenilin-Genen (PS-1 und PS-2) ausgelöst. Die Presenilin (PS) Proteine sind entscheidend an der Entstehung von Aß beteiligt. So erhöhen FAD-assoziierte Mutationen in PS-1 und PS-2 die Bildung von Aß42. Außerdem verhindern sowohl homozygote PS-1 Null-Mutationen (PS-1-/-) in transgenen Mäusen, als auch dominant negative PS-1 Mutationen in Kulturzellen die Ab Bildung. Diese Belege sprechen für die zur Zeit favorisierte Amyloid Hypothese, in der die toxische Wirkung des Aß-Peptides in der Entstehung der Alzheimer Erkrankung eine zentrale Rolle einnimmt. Die y-Sekretase ist eine Protease, deren Aktivität für die Entstehung von Ab aus dem Vorläuferprotein APP essentiell ist. Damit bildet sie einen möglichen Ansatzpunkt, um grundlegend in den Prozeß der Ab Bildung einzugreifen. Die y-Sekretase ist allerdings noch nicht identifiziert oder kloniert. Es gibt Hinweise, daß die Preseniline y-Sekretase Aktivität besitzen könnten. Diese Theorie ist bis heute jedoch nicht eindeutig belegt. In dieser Arbeit sollten die molekularen Mechanismen der Ab Entstehung und insbesondere die Beteiligung der Preseniline an diesem Prozeß untersucht werden. Dazu wurde zunächst die subzelluläre Verteilung der endogenen Preseniline analysiert. Es konnte erstmalig ein Unterschied in der subzellulären Verteilung zwischen PS-1 und PS-2 festgestellt werden. PS-1 war vorwiegend im ER lokalisiert, wogegen PS-2 stark im Golgi-Apparat angereichert war. Im zweiten Teil der Arbeit wurde nach möglichen Interaktionen der Preseniline mit C-terminalen APP Fragmenten gesucht, die die Substrate der y-Sekretase darstellen. Es konnte gezeigt werden, daß die Preseniline mit einem 21 kDa großen C-terminalen APP Fragment interagieren. Dabei band die Mutante-Form der Preseniline mehr C-terminales APP Fragment als die Wildtyp-Form. Weiterhin wurde ein zellfreies System zur indirekten Bestimmung der y-Sekretase Aktivität etabliert. Mit Hilfe dieses Systems wird es möglich, Inhibitoren der y-Sekretase zu identifizieren. Die Spezifität des zellfreien Testsystems konnte dadurch deutlich gemacht werden, daß das PS-1, das schon in Zellkultur als essentielle Proteinkomponente zur Entstehung von Aß beschrieben wurde, auch in diesem zellfreien y-Sekretase System notwendig war. Allgemeine Proteaseinhibitoren, die alle bekannten Proteasemechanismen abdeckten, zeigten keinen Einfluß auf die de novo Bildung von Aß. Es konnte festgestellt werden, daß neben der y-Sekretase als Aß produzierende Protease auch Aß abbauende Proteasen vorlagen. Das pH-Optimum der y-Sekretase wurde im neutralen Bereich festgestellt. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die y-Sekretase eine transmembrane oder zumindest membranassoziierte Protease ist, die keine cytosolischen Komponenten benötigt.

Studio della patogenesi di HIV-1 nel compartimento osseo: effetti della terapia antiretrovirale convenzionale e nuovi approcci all'eradicazione

L’obiettivo della tesi è studiare il virus HIV-1 in relazione alle alterazioni sistemiche, riscontrate nel paziente HIV-infetto, in particolare alterazioni a carico del sistema scheletrico, indotte dal virus o dall’azione dei farmaci utilizzati nella terapia antiretrovirale (HAART). L’incidenza dell’osteoporosi nei pazienti HIV-positivi è drammaticamente elevata rispetto alla popolazione sana. Studi clinici hanno evidenziato come alcuni farmaci, ad esempio inibitori della proteasi virale, portino alla compromissione dell’omeostasi ossea, con aumento del rischio fratturativo. Il nostro studio prevede un follow-up di 12 mesi dall’inizio della HAART in una coorte di pazienti naïve, monitorando diversi markers ossei. I risultati ottenuti mostrano un incremento dei markers metabolici del turnover osseo, confermando l’impatto della HAART sull’omeostasi ossea. Successivamente abbiamo focalizzato la nostra attenzione sugli osteoblasti, il citotipo che regola la sintesi di nuova matrice ossea. Gli esperimenti condotti sulla linea HOBIT mettono in evidenza come il trattamento, in particolare con inibitori della proteasi, porti ad apoptosi nel caso in cui vi sia una concentrazione di farmaco maggiore di quella fisiologica. Tuttavia, anche concentrazioni fisiologiche di farmaci possono regolare negativamente alcuni marker ossei, come ALP e osteocalcina. Infine esiste la problematica dell’eradicazione di HIV-1 dai reservoirs virali. La HAART riesce a controllare i livelli viremici, ciononostante diversi studi propongono alcuni citotipi come potenziali reservoir di infezione, vanificando l’effetto della terapia. Abbiamo, perciò, sviluppato un nuovo approccio molecolare all’eradicazione: sfruttare l’enzima virale integrasi per riconoscere in modo selettivo le sequenze LTR virali per colpire il virus integrato. Fondendo integrasi e l’endonucleasi FokI, abbiamo generato diversi cloni. Questi sono stati transfettati stabilmente in cellule Jurkat, suscettibili all’infezione. Una volta infettate, abbiamo ottenuto una significativa riduzione dei markers di infezione. Successivamente la transfezione nella linea linfoblastica 8E5/LAV, che porta integrata nel genoma una copia di HIV, ha dato risultati molto incoraggianti, come la forte riduzione del DNA virale integrato.

Analisi dei meccanismi patogenetici alla base del danno vascolare Hiv-indotto

L'infezione da HIV-1 resta ancora oggi una delle principali problematiche nell'ambito della sanità mondiale, con circa 35 milioni di individui infetti in tutto il mondo. L'introduzione della terapia antiretrovirale combinata (cART) ha drasticamente modificato l’evoluzione di questa infezione, che da patologia a sviluppo terminale dopo alcuni anni dalla trasmissione, è diventata una patologia cronica con una lunga aspettativa di vita per i pazienti. Tuttavia, la cART non è in grado di eradicare l’infezione e nei pazienti HIV-infetti trattati è possibile notare un aumento della comparsa di comorbidità, tra le quali le più frequentemente riscontrate sono lesioni al sistema nervoso centrale, ai reni, al tessuto osseo, al fegato e al sistema cardiovascolare. I danni al sistema cardiocircolatorio derivano da una serie di concause virologiche, comportamentali, ambientali e farmacologiche che alterano la parete vascolare, il metabolismo dei lipidi e la regolazione della coagulazione, inducendo la formazione di lesioni strutturali di tipo aterosclerotico che sono alla base dell’aumentata incidenza di infarti, ictus e alterazioni del circolo osservabili nei pazienti HIV-positivi. Dalla recente letteratura è emerso come l’omeostasi del tessuto endoteliale sia regolata anche a livello delle cellule staminali mesenchimali (MSC) presenti nella parete vascolare. Per questo abbiamo voluto analizzare possibili effetti dell’infezione di HIV, delle sue proteine e di alcune molecole antiretrovirali sulla vitalità e sul differenziamento delle MSC purificate dalla parete arteriosa umana. I risultati ottenuti indicano come l’infezione da HIV e l’azione delle proteine gp120 e Tat attivino il meccanismo di apoptosi nelle MSC e una profonda alterazione nel differenziamento verso la filiera adipocitaria e verso quella endoteliale. Inoltre, alcune molecole ad azione antiretrovirale (in particolare specifici inibitori della proteasi virale) sono in grado bloccare il differenziamento delle MSC verso le cellule endoteliali. Dall’insieme di queste osservazioni emergono nuovi meccanismi patogenetici correlati al danno cardiovascolare riscontrato nei pazienti HIV-positivi.

Efficacy, tolerability and risk factors for virological failure of darunavir-based therapy for treatment-experienced HIV-infected patients: the Swiss HIV Cohort Study

Darunavir was designed for activity against HIV resistant to other protease inhibitors (PIs). We assessed the efficacy, tolerability and risk factors for virological failure of darunavir for treatment-experienced patients seen in clinical practice.

Outcomes of patients on dual-boosted PI regimens: experience of the Swiss HIV cohort study

Dual-boosted protease inhibitors (DBPI) are an option for salvage therapy for HIV-1 resistant patients. Patients receiving a DBPI in the Swiss HIV Cohort Study between January1996 and March 2007 were studied. Outcomes of interest were viral suppression at 24 weeks. 295 patients (72.5%) were on DBPI for over 6 months. The median duration was 2.2 years. Of 287 patients who had HIV-RNA >400?copies/ml at the start of the regimen, 184 (64.1%) were ever suppressed while on DBPI and 156 (54.4%) were suppressed within 24 weeks. The median time to suppression was 101 days (95% confidence interval 90-125 days). The median number of past regimens was 6 (IQR, 3-8). The main reasons for discontinuing the regimen were patient's wish (48.3%), treatment failure (22.5%), and toxicity (15.8%). Acquisition of HIV through intravenous drug use and the use of lopinavir in combination with saquinavir or atazanavir were associated with an increased likelihood of suppression within 6 months. Patients on DBPI are heavily treatment experienced. Viral suppression within 6 months was achieved in more than half of the patients. There may be a place for DBPI regimens in settings where more expensive alternates are not available.

Cleavage of IgG1 and IgG3 by gingipain K from Porphyromonas gingivalis may compromise host defense in progressive periodontitis

Degradation of immunoglobulins is an effective strategy of bacteria to evade the immune system. We have tested whether human IgG is a substrate for gingipain K of Porphyromonas gingivalis and found that the enzyme can hydrolyze subclass 1 and 3 of human IgG. The heavy chain of IgG(1) was cleaved at a single site within the hinge region, generating Fab and Fc fragments. IgG(3) was also cleaved within the heavy chain, but at several sites around the CH2 region. Investigation of the enzyme kinetics of IgG proteolysis by gingipain K, using FPLC- and isothermal titration calorimetry-based assays followed by Hill plots, revealed non-Michaelis-Menten kinetics involving a mechanism of positive cooperativity. In ex vivo studies, it was shown that gingipain K retained its IgG hydrolyzing activity in human plasma despite the high content of natural protease inhibitors; that IgG(1) cleavage products were detected in gingival crevicular fluid samples from patients with severe periodontitis; and that gingipain K treatment of serum samples from patients with high antibody titers against P. gingivalis significantly hindered opsonin-dependent phagocytosis of clinical isolates of P. gingivalis by neutrophils. Altogether, these findings underline a biological function of gingipain K as an IgG protease of pathophysiological importance.

Are plasma levels valid surrogates for cellular concentrations of antiretroviral drugs in HIV-infected patients?

Total plasma concentrations are currently measured for therapeutic drug monitoring of HIV protease inhibitors (PIs) and nonnucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs). However, the pharmacological target of antiretroviral drugs reside inside cells. To study the variability of their cellular accumulation, and to determine to which extent total plasma concentrations (TPC) correlate with cellular concentrations (CC), plasma and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were simultaneously collected at single random times after drug intake from 133 HIV infected patients. TPC levels were analysed by high-performance liquid chromatography with ultraviolet detection and CC by LC-MS/MS from peripheral blood mononuclear cells. The best correlations between TPC and CC were observed for nelfinavir (NFV, slope=0.93, r=0.85), saquinavir (SQV, slope=0.76, r=0.80) and lopinavir (LPV, slope=0.87, r=0.63). By contrast, TPC of efavirenz (EFV) exhibited a moderate correlation with CC (slope=0.69, r=0.58), while no correlation was found for nevirapine (NVP, slope=-0.3, r=0.1). Interindividual variability in the CC/TPC ratio was lower for protease inhibitors (coefficients of variation 76%, 61%, and 80% for SQV, NFV and LPV, respectively) than for nonnucleoside reverse transcriptase inhibitors (coefficients of variation 101% and 318%, for EFV and NVP). As routine CC measurement raises practical difficulties, well-correlated plasma concentrations (ie, NFV, SQV and LPV) can probably be considered as appropriate surrogates for cellular drug exposure. For drugs such as EFV or NVP, there may be room for therapeutic drug monitoring improvement using either direct CC determination or other predictive factors such as genotyping of transporters or metabolizing enzyme genes.