Constitutive activity of receptors coupled to guanine nucleotide regulatory proteins.

Adrenoceptors are prototypic members of the superfamily of seven transmembrane domain, G protein-coupled receptors. Study of the properties of several mutationally activated adrenoceptors is deepening understanding of the normal functioning of this ubiquitous class of receptors. The new findings suggest an expansion of the classical ternary complex model of receptor action to include an explicit isomerization of the receptors from an inactive to an active state which couples to the G protein ('allosteric ternary complex model'). This isomerization involves conformational changes which may occur spontaneously, or be induced by agonists or appropriate mutations which abrogate the normal 'constraining' function of the receptor, allowing it to 'relax' into the active conformation. Robert Lefkowitz and colleagues discuss the physiological and pathophysiological implications of these new insights into regulation of receptor activity.

Proinflammatory activity of cell-wall constituents from gram-positive bacteria.

Innate immunity reacts to conserved bacterial molecules. The outermost lipopolysaccharide (LPS) of Gram-negative organisms is highly inflammatory. It activates responsive cells via specific CD14 and toll-like receptor-4 (TLR4) surface receptor and co-receptors. Gram-positive bacteria do not contain LPS, but carry surface teichoic acids, lipoteichoic acids and peptidoglycan instead. Among these, the thick peptidoglycan is the most conserved. It also triggers cytokine release via CD14, but uses the TLR2 co-receptor instead of TLR4 used by LPS. Moreover, whole peptidoglycan is 1000-fold less active than LPS in a weight-to-weight ratio. This suggests either that it is not important for inflammation, or that only part of it is reactive while the rest acts as ballast. Biochemical dissection of Staphylococcus aureus and Streptococcus pneumoniae cell walls indicates that the second assumption is correct. Long, soluble peptidoglycan chains (approximately 125 kDa) are poorly active. Hydrolysing these chains to their minimal unit (2 sugars and a stem peptide) completely abrogates inflammation. Enzymatic dissection of the pneumococcal wall generated a mixture of highly active fragments, constituted of trimeric stem peptides, and poorly active fragments, constituted of simple monomers and dimers or highly polymerized structures. Hence, the optimal constraint for activation might be 3 cross-linked stem peptides. The importance of structural constraint was demonstrated in additional studies. For example, replacing the first L-alanine in the stem peptide with a D-alanine totally abrogated inflammation in experimental meningitis. Likewise, modifying the D-alanine decorations of lipoteichoic acids with L-alanine, or deacylating them from their diacylglycerol lipid anchor also decreased the inflammatory response. Thus, although considered as a broad-spectrum pattern-recognizing system, innate immunity can detect very subtle differences in Gram-positive walls. This high specificity underlines the importance of using well-characterized microbial material in investigating the system.

Structure function relationships of ENaC and its role in sodium handling.

The epithelial sodium channel (ENaC) in the apical membrane of polarized epithelial cells is the rate-limiting step for Na entry into the cell; in series with the basolateral Na pump, it allows the vectorial transepithelial transport of Na ions. ENaC is expressed in different epithelia like the distal nephron or colon, and the airways epithelium. In the lung ENaC controls the composition and the amount of pulmonary fluid, whereas in the distal nephron ENaC under the control of aldosterone and vasopressin, is essential to adapt the amount of Na+ reabsorbed with the daily sodium intake. Activating mutations of ENaC cause severe disturbances of Na+ homeostasis leading to hypertension in human and in mouse models. Functional expression of ENaC in different cell systems allowed the identification of structural domains of the protein that are essential for channel function and/or modulation of channel activity. Site-directed mutations in specific domains of the channel protein lead to channel hyperactivity or channel loss of function. Knowledge about ENaC structure-function relationships opens new opportunities for development of pharmacological tools for controlling ENaC activity, such as channel activators of potential benefit in the treatment of pulmonary edema, or highly potent ENaC blockers with natriuretic effects.

Recent advances in lamellarin alkaloids: isolation, synthesis and activity

Lamellarins are a large family of marine alkaloids with potential anticancer activity that have been isolated from diverse marine organisms, mainly ascidians and sponges. All lamellarins feature a 3,4-diarylpyrrole system. Pentacyclic lamellarins, whose polyheterocyclic system has a pyrrole core, are the most active compounds. Some of these alkaloids are potently cytotoxic to various tumor cell lines. To date, Lam-D and Lam-H have been identified as lead compounds for the inhibition of topoisomerase I and HIV-1 integrase, respectively nuclear enzymes which are over-expressed in deregulation disorders. Moreover,these compounds have been reported for their efficacy in treatment of multi-drug resistant (MDR) tumors cells without mediated drug efflux, as well as their immunomodulatory activity and selectivity towards melanoma cell lines. This article is an overview of recent literature on lamellarins, encompassing their isolation, recent synthetic strategies for their total synthesis, the preparation of their analogs, studies on their mechanisms of action, and their structure-activity relationships (SAR).

Total synthesis and antiproliferative activity screening of (±)-aplicyanins A, B and E and related analogs

The first total synthesis of the indole alkaloids ()-aplicyanins A, B and E, plus seventeen analogs, all in racemic form is reported. Modifications to the parent compound included changing the number of bromine substituents on the indole, the groups on the indole nitrogen (H, Me or OMe), and/or the oxidation level of the heterocyclic core tetrahydropyrimidine. Each compound was screened against three human tumor cell lines, and fourteen of the newly synthesized compounds showed considerable cytotoxicity. The assay results were used to establish structure-activity relationships. These results suggest that the acetyl group moiety on the imine nitrogen, and the bromine at position 5 of the indole, are both critical to activity.

Macrolactamas bioativas e síntese de macrociclos por reação de carbociclização radicalar mediada por hidreto de tri-n-butilestanho

This review presents natural, semi-synthetic and synthetic bioactive macrolactams and their structure-activity relationships when available. For macrolactams in clinical use the advantages and disadvantages in relation to other drugs are presented, and for synthetic macrolactams the method used in the cyclization is showed. Regarding macrocyclic synthesis by the tri-n-butyltin hydride-mediated radicalar carbocyclization reaction the precursor, the reaction conditions, products and yields, mechanism and cyclization mode are discussed.

Effect of dye structure and redox mediators on anaerobic azo and anthraquinone dye reduction

We investigated the biological decolourisation of dyes with different molecular structures. The kinetic constant values (k1) achieved with azo dye Reactive Red 120 were 7.6 and 10.1 times higher in the presence of RM (redox mediators) AQDS and riboflavin, respectively, than the assays lacking RM. The kinetic constant achieved with the azo dye Congo Red was 42 times higher than that obtained with the anthraquinone dye Reactive Blue 4. The effect of RM on dye reduction was more evident for azo dyes resistant to reductive processes, and ineffective for anthraquinone dyes because of the structural stability of the latter.

Interactions of chitosan/genipin hydrogels during drug delivery: a QSPR approach

A hydrogel comprised of chitosan crosslinked using the low-toxicity crosslinker genipin was prepared, and the absorption of glibenclamide by the hydrogel was investigated. Optimized structures and their molecular electrostatic potentials were calculated using the AM1 method, and the results were used to evaluate the molecular interactions between the three compounds. The quantitative structure-property relationship model was also used to estimate the activity of the chemicals on the basis their molecular structures. In addition, theoretical Fourier transform infrared spectra were calculated to analyze the intermolecular interactions in the proposed system. Finally, the hydrophilicity of the hydrogel and its influence on the absorption process were also estimated.

Application du SPR dans le criblage des ligands synthétiques du CD36 et sa validation

Le CD36 est un récepteur de type éboueur de classe B exprimé à la surface de nombreux types cellulaires dont les macrophages, les cellules endothéliales de la microvasculature et les plaquettes. Ce récepteur multiligand est impliqué dans plusieurs processus pathologiques notamment l’athérosclérose, l’angiogénèse et la malaria via la liaison spécifique de ligands comme les lipoprotéines oxydées de basse densité, la thrombospondine-1 et la protéine PfEMP-1, respectivement. Les peptides de la relâche de l’hormone de croissance (GHRP) ont été identifiés comme les premiers ligands synthétiques du CD36. Afin de développer de nouveaux ligands synthétiques du CD36, l’établissement d’une méthode de criblage est essentiel pour découvrir des composés avec une liaison de haute affinité pour ce récepteur. Pour y parvenir, nous avons surexprimé le domaine extracellulaire du CD36 humain dans les cellules d’insectes Sf9. La protéine soluble purifiée par chromatographie d’affinité fut immobilisée à la surface d’une plaque de résonance de plasmons de surface (SPR) pour les études de liaison. La méthodologie développée a permis de caractériser les ligands du CD36 en déterminant leurs constantes de dissociation (KD), et d’établir une relation structure-activité des ligands de la famille des azapeptides, des composés dérivés du GHRP-6. Afin de valider la méthode par spectroscopie SPR, une corrélation a été établie entre les valeurs de KD obtenues en SPR et les valeurs d’CI50 de courbes d’inhibition de la phosphorylation des MAP kinases JNK1/2 induite par un phospholipide oxydé, le POVPC, en présence de concentrations croissantes de ligands du CD36 dans les macrophages RAW 264.7.

Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Exploration des effets d’un programme de réadaptation visant l’amélioration des activités et la participation des personnes cérébrolésées. Application à l’activité cuisine

Thèse réalisée en cotutelle France- Québec

Étude structurale et fonctionnelle du canal potassium dépendant du voltage KvAP

Les canaux ioniques dépendants du voltage sont responsables de l'initiation et de la propagation des potentiels d'action dans les cellules excitables. De nombreuses maladies héréditaires (channelopathies) sont associées à un contrôle défectueux du voltage par ces canaux (arythmies, épilepsie, etc.). L’établissement de la relation structure-fonction exacte de ces canaux est donc crucial pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques spécifiques. Dans ce contexte, le canal procaryote dépendant du voltage et sélectif au potassium KvAP a servi de modèle d’étude afin d’approfondir i) le processus du couplage électromécanique, ii) l’influence des lipides sur l’activité voltage-dépendante et iii) l’inactivation de type closed-state. Afin de pallier à l’absence de données structurales dynamiques du côté cytosolique ainsi que de structure cristalline dans l’état fermé, nous avons mesuré le mouvement du linker S4-S5 durant le gating par spectroscopie de fluorescence (LRET). Pour ce faire, nous avons utilisé une technique novatrice du contrôle de l’état conformationnel du canal en utilisant les lipides (phospholipides et non phospholipides) au lieu du voltage. Un modèle dans l’état fermé a ainsi été produit et a démontré qu’un mouvement latéral modeste de 4 Å du linker S4-S5 est suffisant pour mener à la fermeture du pore de conduction. Les interactions lipides - canaux jouent un rôle déterminant dans la régulation de la fonction des canaux ioniques mais ne sont pas encore bien caractérisées. Nous avons donc également étudié l’influence de différents lipides sur l’activation voltage - dépendante de KvAP et mis en évidence deux sites distincts d’interactions menant à des effets différents : au niveau du senseur de voltage, menant au déplacement de la courbe conductance-voltage, et du côté intracellulaire, influençant le degré de la pente de cette même courbe. Nous avons également démontré que l’échange de lipides autour de KvAP est extrêmement limité et affiche une dépendance à l’état conformationnel du canal, ne se produisant que dans l’état ouvert. KvAP possède une inactivation lente particulière, accessible depuis l'état ouvert. Nous avons étudié les effets de la composition lipidique et de la température sur l'entrée dans l'état inactivé et le temps de récupération. Nous avons également utilisé la spectroscopie de fluorescence (quenching) en voltage imposé afin d'élucider les bases moléculaires de l’inactivation de type closed-state. Nous avons identifié une position à la base de l’hélice S4 qui semble impliquée à la fois dans le mécanisme responsable de ce type d'inactivation et dans la récupération particulièrement lente qui est typique du canal KvAP.

Macrobenthos of Minicoy Island, Lakshadweep

In this present study macro benthos of minicoy island lakshadweep, an attempt has been made to study the distribution and community structure of benthos at different ecosystems. The main objectives of the study include the identification of benthic fauna, their distribution and composition, standing stock, qualitative and quantitative nature in relation to hydrography,seasons and sediment texture, community structure analysis and tropic relationships. This base line study at Minicoy,thus establishes that the benthos of sea grass and mangrove ecosystems(nursery grounds) determines the richness and diversity of demersal fish fauna at the nearby lagoon and reef areas to a great extent. Any serious stress on these ecosystems may lead to disappearance of certain fish species in the nearby future

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.