Feasibility study of submerged membrane bioreactor (MBR) as an alternative to conventional activated sludge process (CASP) for municipal wastewater treatment: A pilot scale study

The conventional activated sludge processes (CAS) for the treatment of municipal wastewater are going to be outdated gradually due to more stringent environmental protection laws and regulations. The Membrane bioreactors (MBRs) are the most promising modern technology widely accepted in the world of wastewater treatment due to their highly pronounced features such as high quality effluent, less foot print and working under high MLSS concentration. This research project was carried out to investigate the feasibility and effectiveness of MBR technology compare to the CAS process based on the scientific facts and results. The pilot scale MBR pilot plant was run for more than 150 days and the analysis results were evaluated. The prime focus of the project was to evaluate the correlation of permeate flux under different operating MLSS concentrations. The permeate flux was found almost constant regardless of variations in MLSS concentrations. The removal of micropollutant such as heavy metals, PCPPs, PFCs, steroidal hormones was also studied. The micropollutant removal performance of MBR process was found relatively effective than CAS process. Furthermore, the compatibility of submerged membranes within the bioreactor had truly reduced the process footprint.

An electronic pressure-meter nociception paw test for mice

The aim of the present investigation was to describe and validate an electronic mechanical test for quantification of the intensity of inflammatory nociception in mice. The electronic pressure-meter test consists of inducing the animal hindpaw flexion reflex by poking the plantar region with a polypropylene pipette tip adapted to a hand-held force transducer. This method was compared to the classical von Frey filaments test in which pressure intensity is automatically recorded after the nociceptive hindpaw flexion reflex. The electronic pressure-meter and the von Frey filaments were used to detect time versus treatment interactions of carrageenin-induced hypernociception. In two separate experiments, the electronic pressure-meter was more sensitive than the von Frey filaments for the detection of the increase in nociception (hypernociception) induced by small doses of carrageenin (30 µg). The electronic pressure-meter detected the antinociceptive effect of non-steroidal drugs in a dose-dependent manner. Indomethacin administered intraperitoneally (1.8-15 mg/kg) or intraplantarly (30-300 µg/paw) prevented the hypersensitive effect of carrageenin (100 µg/paw). The electronic pressure-meter also detected the hypernociceptive effect of prostaglandin E2 (PGE2; 10-100 ng) in a dose-dependent manner. The hypernociceptive effect of PGE2 (100 ng) was blocked by dipyrone (160 and 320 µg/paw) but not by intraplantar administration of indomethacin (300 µg/paw). The present results validate the use of the electronic pressure-meter as more sensitive than the von Frey filaments in mice. Furthermore, it is an objective and quantitative nociceptive test for the evaluation of the peripheral antinociceptive effect of anti-inflammatory analgesic drugs, which inhibit prostaglandin synthesis (indomethacin) or directly block the ongoing hypernociception (dipyrone).

Different stress modalities result in distinct steroid hormone responses by male rats

Since both paradoxical sleep deprivation (PSD) and stress alter male reproductive function, the purpose of the present study was to examine the influence of PSD and other stressors (restraint, electrical footshock, cold and forced swimming, N = 10 per group) on steroid hormones in adult Wistar male rats. Rats were submitted to chronic stress for four days. The stressors (footshock, cold and forced swimming) were applied twice a day, for periods of 1 h at 9:00 and 16:00 h. Restrained animals were maintained in plastic cylinders for 22 h/day whereas PSD was continuous. Hormone determination was measured by chemiluminescent enzyme immunoassay (testosterone), competitive immunoassay (progesterone) and by radioimmunoassay (corticosterone, estradiol, estrone). The findings indicate that PSD (13.7 ng/dl), footshock (31.7 ng/dl) and cold (35.2 ng/dl) led to lower testosterone levels compared to the swimming (370.4 ng/dl) and control (371.4 ng/dl) groups. However, progesterone levels were elevated in the footshock (4.5 ng/ml) and PSD (5.4 ng/ml) groups compared to control (1.6 ng/ml), swimming (1.1 ng/ml), cold (2.3 ng/ml), and restrained (1.2 ng/ml) animals. Estrone and estradiol levels were reduced in the PSD, footshock and restraint groups compared to the control, swimming and cold groups. A significant increase in corticosterone levels was found only in the PSD (299.8 ng/ml) and footshock (169.6 ng/ml) groups. These changes may be thought to be the full steroidal response to stress of significant intensity. Thus, the data suggest that different stress modalities result in distinct steroid hormone responses, with PSD and footshock being the most similar.

Anti-inflammatory, antinociceptive and ulcerogenic activity of a zinc-diclofenac complex in rats

We investigated the anti-inflammatory, antinociceptive and ulcerogenic activity of a zinc-diclofenac complex (5.5 or 11 mg/kg) in male Wistar rats (180-300 g, N = 6) and compared it to free diclofenac (5 or 10 mg/kg) and to the combination of diclofenac (5 or 10 mg/kg) and zinc acetate (1.68 or 3.5 mg/kg). The carrageenin-induced paw edema and the cotton pellet-induced granulomatous tissue formation models were used to assess the anti-inflammatory activity, and the Hargreaves model of thermal hyperalgesia was used to assess the antinociceptive activity. To investigate the effect of orally or intraperitoneally (ip) administered drugs on cold-induced gastric lesions, single doses were administered before exposing the animals to a freezer (-18ºC) for 45 min in individual cages. We also evaluated the gastric lesions induced by multiple doses of the drugs. Diclofenac plus zinc complex had the same anti-inflammatory and antinociceptive effects as diclofenac alone. Gastric lesions induced by a single dose administered per os and ip were reduced in the group treated with zinc-diclofenac when compared to the groups treated with free diclofenac or diclofenac plus zinc acetate. In the multiple dose treatment, the complex induced a lower number of the most severe lesions when compared to free diclofenac and diclofenac plus zinc acetate. In conclusion, the present study demonstrates that the zinc-diclofenac complex may represent an important therapeutic alternative for the treatment of rheumatic and inflammatory conditions, as its use may be associated with a reduced incidence of gastric lesions.

Aurapten, a coumarin with growth inhibition against Leishmania major promastigotes

Several natural compounds have been identified for the treatment of leishmaniasis. Among them are some alkaloids, chalcones, lactones, tetralones, and saponins. The new compound reported here, 7-geranyloxycoumarin, called aurapten, belongs to the chemical class of the coumarins and has a molecular weight of 298.37. The compund was extracted from the Rutaceae species Esenbeckia febrifuga and was purified from a hexane extract starting from 407.7 g of dried leaves and followed by four silica gel chromatographic fractionation steps using different solvents as the mobile phase. The resulting compound (47 mg) of shows significant growth inhibition with an LD50 of 30 µM against the tropical parasite Leishmania major, which causes severe clinical manifestations in humans and is endemic in the tropical and subtropical regions. In the present study, we investigated the atomic structure of aurapten in order to determine the existence of common structural motifs that might be related to other coumarins and potentially to other identified inhibitors of Leishmania growth and viability. This compound has a comparable inhibitory activity of other isolated molecules. The aurapten is a planar molecule constituted of an aromatic system with electron delocalization. A hydrophobic side chain consisting of ten carbon atoms with two double bonds and negative density has been identified and may be relevant for further compound synthesis.

The selective and non-selective cyclooxygenase inhibitors valdecoxib and piroxicam induce the same postoperative analgesia and control of trismus and swelling after lower third molar removal

We compared the clinical efficacy of orally administered valdecoxib and piroxicam for the prevention of pain, trismus and swelling after removal of horizontally and totally intrabony impacted lower third molars. Twenty-five patients were scheduled to undergo removal of symmetrically positioned lower third molars in two separate appointments. Valdecoxib (40 mg) or piroxicam (20 mg) was administered in a double-blind, randomized and crossed manner for 4 days after the surgical procedures. Objective and subjective parameters were recorded for comparison of postoperative courses. Both agents were effective for postoperative pain relief (N = 19). There was a similar mouth opening at suture removal compared with the preoperative values (86.14 ± 4.36 and 93.12 ± 3.70% of the initial measure for valdecoxib and piroxicam, respectively; ANOVA). There was no significant difference regarding the total amount of rescue medication taken by the patients treated with valdecoxib or piroxicam (173.08 ± 91.21 and 461.54 ± 199.85 mg, respectively; Wilcoxon test). There were no significant differences concerning the swelling observed on the second postoperative day compared to baseline measures (6.15 ± 1.84 and 8.46 ± 2.04 mm for valdecoxib and piroxicam, respectively; ANOVA) or on the seventh postoperative day (1.69 ± 1.61 and 2.23 ± 2.09 mm for valdecoxib and piroxicam, respectively; ANOVA). The cyclooxygenase-2 selective inhibitor valdecoxib is as effective as the non-selective cyclooxygenase inhibitor piroxicam for pain, trismus and swelling control after removal of horizontally and totally intrabony impacted lower third molars.

Influence of He-Ne laser therapy on the dynamics of wound healing in mice treated with anti-inflammatory drugs

We determined the effects of helium-neon (He-Ne) laser irradiation on wound healing dynamics in mice treated with steroidal and non-steroidal anti-inflammatory agents. Male albino mice, 28-32 g, were randomized into 6 groups of 6 animals each: control (C), He-Ne laser (L), dexamethasone (D), D + L, celecoxib (X), and X + L. D and X were injected im at doses of 5 and 22 mg/kg, respectively, 24 h before the experiment. A 1-cm long surgical wound was made with a scalpel on the abdomens of the mice. Animals from groups L, D + L and X + L were exposed to 4 J (cm²)-1 day-1 of He-Ne laser for 12 s and were sacrificed on days 1, 2, or 3 after the procedure, when skin samples were taken for histological examination. A significant increase of collagen synthesis was observed in group L compared with C (168 ± 20 vs 63 ± 8 mm²). The basal cellularity values on day 1 were: C = 763 ± 47, L = 1116 ± 85, D = 376 ± 24, D + L = 698 ± 31, X = 453 ± 29, X + L = 639 ± 32 U/mm². These data show that application of L increases while D and X decrease the inflammatory cellularity compared with C. They also show that L restores the diminished cellularity induced by the anti-inflammatory drugs. We suggest that He-Ne laser promotes collagen formation and restores the baseline cellularity after pharmacological inhibition, indicating new perspectives for laser therapy aiming to increase the healing process when anti-inflammatory drugs are used.

High-frequency electroacupuncture versus carprofen in an incisional pain model in rats

The objective of the present study was to compare the effect of electroacupuncture (EA) and carprofen (CP) on postoperative incisional pain using the plantar incision (PI) model in rats. A 1-cm longitudinal incision was made through skin, fascia and muscles of a hind paw of male Wistar rats and the development of mechanical and thermal hypersensitivity was determined over 4 days using the von Frey and Hargreaves methods, respectively. Based on the experimental treatments received on the third postoperative day, the animals were divided into the following groups: PI+CP (CP, 2 mg/kg, po); PI+EAST36 (100-Hz EA applied bilaterally at the Zusanli point (ST36)); PI+EANP (EA applied to a non-acupoint region); PI+IMMO (immobilization only); PI (vehicle). In the von Frey test, the PI+EAST36 group had higher withdrawal force thresholds in response to mechanical stimuli than the PI, PI+IMMO and PI+EANP groups at several times studied. Furthermore, the PI+EAST36 group showed paw withdrawal thresholds in response to mechanical stimuli that were similar to those of the PI+CP group. In the Hargreaves test, all groups had latencies higher than those observed with PI. The PI+EAST36 group was similar to the PI+IMMO, PI+EANP and PI+CP groups. We conclude that 100-Hz EA at the ST36 point, but not at non-acupoints, can reduce mechanical nociception in the rat model of incisional pain, and its effectiveness is comparable to that of carprofen.

Diel patterns and tissue-specificity of environmental responses in fish

Humans are profoundly changing aquatic environments through climate change and the release of nutrients and chemicals. To understand the effects of these changes on natural populations, knowledge on individuals’ environmental responses is needed. At the molecular level, the environmental responses are partly mediated by chances in messenger RNA and protein levels. In this thesis I study messenger RNA and protein responses to an assortment of environmental stressors in fish. As daily (diel) rhythms are known to be ubiquitous in different tissues, I particularly focus on diel patterns in the responses. The studied species are the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus L.) and the Arctic char (Salvelinus alpinus L.), both of which have circumpolar distribution in the Northern hemisphere. In the first two studies, three-spined sticklebacks were exposed to both the non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac and low-oxygen conditions (hypoxia), and their responses measured at separate time points in the liver and gills. The results show how the seemingly unrelated environmental stressors, hypoxia and anti-inflammatory drugs, can have harmful combined effects that differ from the effects of each stressor alone. Moreover, both stressors disturbed natural diel patterns in gene expression. In the third study, I studied the responses of three-spined sticklebacks to two test chemicals: one used in hormonal medicine (17α-ethinyl-oestradiol) and one used as a plasticizer and solvent chemical (di-n-butyl phthalate). The results suggest that the phthalate can affect genes related to spermatogenesis in fish testes, while estrogen-mimicking compounds can lead to numerous disturbances in the endocrine system. In the final study, the temperature-dependence of diel rhythms in messenger RNA levels were evaluated in the liver tissue of the Arctic char, a cold-adapted salmonid. The results show that cold acclimation repressed diel rhythms in gene expression compared to warm-acclimated fish, in which the expression of hundreds of genes was rhythmic, suggesting the circadian clock of the Arctic fish species can be sensitive to temperature. Overall, the results of the thesis indicate that fishes’ responses to abiotic factors interact with their diel rhythms, and more studies on the consequences of these interactions are needed to comprehensively understand human impacts on ecosystems.

An investigation into some mechanistic aspects of estrogen biosynthesis

The mechanistic aspects of the 19-hydroxy1ation and aromatization of androgens were investigated. Fungal, bacterial and mammalian enzymatic activities were studied in this regard . The fungus Pell i cular~ fi1amentosa metabolized androst-4-ene-3 , 17-dione to the corresponding 110<' , 11 f and 14 0( hydroxylated derivatives. No ~19- hydroxylated products were isolated, although this transformation was previously observed for the C21-steroids . The intestinal bacterium Clostridi um paraputrific~ had been reported to aromatize androsten-4-ene-3,17-dione. In the present study, however, only the ring A reduced products , 17(3 - hydroxy-5f -andro8tane- 3-one and 5f-androstane-3,17-dione , were recovered . Human placental microsomes contain substantial aromatase activity and were employed in an effort to elucidate some of the mechanistic details of aromatization. Selectively deuterated steroidal substrates were employed as a probe in order to distinguish b'!tween certain of the mechanisms proposed for aromatization . Retention of deuterium at C4 and C6 was observed. It was concluded that no free intermediates allowing for loss of hydrogen from either of these two positions are implicated in this process . The involvement of a Schiff base enzyme-sup strate complex in aromatization was examined using the substrate 17f - hydroxyandrost-4-ene-3-one- 3_ 1BO. Since no loss of label was ob~erved, the implication of a Schiff base was discounted . Mixed label1ir~ studies were performed in order to determine if hydroxylation at C19 is a rate-determining process in aromatization . Isotope effects of 2 .1 and 1.7 were determined for the conversion of 17f - hydroxyandrost-4-ene-J-one-19,19,19-dJ and -19-dl respectively to estrogens. It was concluded from this that 19-hydroxylation is at l east a partially rate-determinjng process in aromatization. A homoenb~ation mechanism for 19-hydroxylation was not supported by the data obtained in this s tudy. In vitro 1JC NMR monitoring using l7f-hydroxyandrost-4-ene-Jone- 19-l3C was found not to be a successful approach in the study of steroid transformations, owing in part t o their low solubility in the incubation medium.

Feeding and oviposition preferences of the diamondback moth Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae) on six Brassicaceae host plant species

Plutella xylostella (diamondback moth, DBM) is a globally distributed Lepidopteran that feeds and oviposits almost exclusively on plants in the Brassicaceae family. DBM disperses from the southern United States and Mexico into Canada in the spring and summer. Establishment of DBM in Ontario is partially dependent upon the quantity and quality of host plants available and the preference of DBM for different hosts. Host plants include many crops such as broccoli, canola and cabbage, as well as landscape ornamentals and wild plants. It has previously been established that DBM are attracted to host plants by chemicals, specifically glucosinolates. I examined the preference of DBM among crop, wild and ornamental host plant species and how preference varies with insect life stage (3rd and 4th instar larvae and adults). Experiments included exposing DBM larvae from five populations coming from different locations in Canada to six Brassicaceae species and evaluating the preferences and weight gain over one hour. Then adult females were exposed to these same plant species and their oviposition preferences were examined. Populations from Alberta, Saskatchewan and Ontario were compared to assess differences in preference associated with geographic region or species of host plant. The ultimate goal of my study was to understand the potential of various Brassicaceae species to act as reservoirs to sustain and promote population growth of DBM, as well as sinks that may decrease DBM abundance. Results showed that garden cress (Lepidium sativum) was highly preferred over other species (wintercress, black mustard, aubretia, broccoli and ornamental kale) for both food and oviposition sources. Previous studies report that garden cress contains saponins, chemicals shown to be toxic to developing DBM larvae, however no studies have yet shown a preference for garden cress. These results provide information on a novel host plant with the potential to control DBM population growth. No difference in preferences was found among populations of DBM from various sources in Canada.

Concentration synoviale et plasmatique de diclofénac après son utilisation topique et orale chez le cheval

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Évaluation du lavage articulaire avec des salines hypertoniques dans le traitement de l’arthrite septique chez le veau

L’arthrite septique chez les bovins est une affection le plus souvent d’origine bactérienne qui est une cause de boiterie fréquente associée à des pertes économiques importantes. Le traitement, qui doit être initié le plus rapidement possible, s’appuie sur l’utilisation combinée d’anti-inflammatoires non stéroïdiens, d’un ou de plusieurs lavages articulaires ainsi que d’antibiotiques administrés de façon systémique pour un minimum de 3 semaines. Cette durée d’administration constitue une difficulté pour les élevages dits biologiques pour lesquels un cahier des charges strict limite un recours prolongé aux antibiotiques. Ainsi le traitement efficace de diverses conditions infectieuses et celui de l’arthrite septique en particulier dans ces élevages peut être compromis. L’objectif de ce travail est de s’appuyer sur les propriétés antimicrobiennes des solutions de saline hypertonique (SSH) pour limiter l’utilisation des antibiotiques dans les cas d’arthrite septique chez les veaux en intégrant ces solutions pour le lavage des articulations infectées. Notre première étude a consisté à déterminer la sécurité d’emploi de deux concentrations de SSH (une commerciale à 7.2% et une maison à 15%) dans des articulations supposées saines chez le veau. Une synovite sévère associée à des signes cliniques caractéristiques d’atteintes articulaires a été observé lors de l’utilisation de SSH 15%. Son utilisation clinique comme solution de lavage articulaire est par conséquent déconseillée. Concernant la SSH 7.2%, malgré une synovite d’intensité variable, nous n’avons pas noté des signes cliniques caractéristiques d’atteintes articulaires. Son utilisation dans un contexte expérimental d’infection articulaire nous a paru réaliste. Notre seconde étude a permis d’évaluer les effets du lavage articulaire avec de la SSH 7.2% dans un modèle expérimental d’infection à Escherichia coli. Trois groupes de traitement ont été constitués. Dans le premier groupe (traitement standard), un lavage était effectué avec du lactate de Ringer (LRS) et les veaux recevaient une administration biquotidienne de ceftiofur par voie intraveineuse pour 21 jours. Dans le deuxième groupe (LRS), un lavage était effectué avec du LRS et aucun antibiotique n’était administré. Enfin dans le troisième groupe (SSH), un lavage était effectué avec de la SSH 7.2% sans qu’aucun antibiotique ne soit administré. Tous les veaux ont reçu du kétoprofen quotidiennement pendant 3 jours. L’inoculation s’est fait au jour 1 et les traitements ont débuté au jour 2. L’efficacité des traitements a été établie sur des critères cliniques, bactériologiques et cytologiques. Dans le modèle que nous avons utilisé, les trois groupes de traitements ont conduits à une guérison clinique et bactériologique satisfaisante (absence de boiterie, de douleur et de croissance bactérienne dans le liquide articulaire en fin d’étude). La guérison cytologique n’a quant à elle pas été jugée satisfaisante avec des moyennes de comptage et de pourcentage en neutrophiles tout groupe confondu bien supérieures aux valeurs normales (11.39x109/l de neutrophiles représentant 74.73% des leucocytes en fin d’étude). Le traitement avec la SSH 7.2% s’est révélé être significativement plus traumatique et pas plus efficace dans l’élimination de l’infection comparativement au traitement LRS. D’autre part, le lavage articulaire au LRS s’est révélé être aussi efficace et sécuritaire que le traitement standard de l’arthrite septique qui incluait 21 jours de ceftiofur administré par voie intraveineuse. Ainsi, bien que le lavage avec de la SSH 7.2% n’est pas démontré de résultats satisfaisants qui permettrait de limiter le recours aux antibiotiques dans les filières biologiques, l’association d’un lavage au LRS avec le ketoprofen s’est révélée être une alternative possible. De nouvelles études sont requises pour confirmer ses résultats et pour déterminer le rôle respectif du lavage articulaire et du ketoprofen dans la guérison lors d’arthrite septique.

Évaluation objective de la douleur chronique secondaire à l’arthrose chez le chat

La prévalence de l’arthrose féline augmente fortement avec l’âge atteignant plus de 80% des chats de plus de 11 ans. L'arthrose induit une douleur chronique s’exprimant par des changements de comportements et une diminution de la mobilité. Il n'existe aucun outil validé pour évaluer la douleur chronique associée à l’arthrose chez le chat. Conséquemment, aucun traitement ciblant cette douleur n’a pu être validé. Notre hypothèse de recherche est que la douleur arthrosique chez le chat induit des handicaps fonctionnels, des changements neurophysiologiques et un état d'hypersensibilité qu'il faut évaluer pour quantifier de manière fiable cette douleur et ses répercussions sur la qualité de vie de l'animal. Nos objectifs étaient 1) de développer des outils adaptés aux chats mesurant les handicaps fonctionnels grâce à des outils cinématiques, cinétiques et de suivi de l'activité motrice ; 2) de caractériser les changements fonctionnels et neurophysiologiques secondaires à la douleur arthrosique et de tester avec ces outils un traitement analgésique à base d'anti-inflammatoire non stéroïdien ; 3) de développer une technique adaptée aux chats pouvant caractériser la présence du phénomène de sensibilisation centrale à l'aide d'une évaluation de la sommation temporelle mécanique ; 4) de tester la possibilité de mesurer le métabolisme glucidique cérébral par tomographie d’émission par positrons comme marqueur des changements supraspinaux secondaires à la chronicisation de la douleur. Grâce au développement d’outils de mesure de douleur chronique objectifs, sensibles et répétables nous avons caractérisé la douleur chez les chats arthrosiques. Ils présentent des signes de boiterie quantifiée par une diminution de l’amplitude de l’articulation ou par une diminution de la force verticale d’appui au sol et une diminution de l’activité motrice quotidienne. Ces deux derniers outils ont permis de démontrer qu’un anti-inflammatoire non stéroïdien (le méloxicam) administré pendant quatre semaines réduit la douleur arthrosique. De plus, grâce au développement de tests sensoriels quantitatifs et à l'utilisation d'imagerie cérébrale fonctionnelle, nous avons démontré pour la première fois que la douleur arthrosique conduisait à des modifications du système nerveux central chez le chat. Particulièrement, les chats arthrosiques développent le phénomène de sensibilisation centrale mis en évidence par un seuil de retrait aux filament de von Frey diminué (mesure réflexe) mais aussi par une facilitation de la sommation temporelle mécanique (mesure tenant compte de la composante cognitive et émotionnelle de la douleur). L'augmentation du métabolisme cérébral dans le cortex somatosensoriel secondaire, le thalamus et la substance grise périaqueducale, souligne aussi l'importance des changements liés à la chronicisation de la douleur. Un traitement analgésique adapté à l’arthrose permettra d’améliorer la qualité de vie des chats atteints, offrira une option thérapeutique valide aux praticiens vétérinaires, et profitera aux propriétaires qui retrouveront un chat actif et sociable. La découverte de l'implication du phénomène de sensibilisation central combiné à l'investigation des changements cérébraux secondaires à la douleur chronique associée à l'arthrose par imagerie fonctionnelle ouvre de nouvelles avenues de recherche chez le chat (développement et/ou validation de traitements adaptés à l'état d'hypersensibilité) et les humains (potentiel modèle naturel de douleur chronique associée à l'arthrose).

Caractérisation du rôle de l’amyline (IAPP) dans le diabète de type 2 : études de dérivés peptidiques et de composés inhibiteurs de la formation d’amyloïde

L’amyloïdose, une maladie progressive et incurable, implique une vaste panoplie de pathologies et de pathogénèses, qui est expliquée par la grande variabilité biologique et structurale des protéines responsables de la formation des dépôts d’amyloïde. L’amyline (polypeptide amyloïde des îlots pancréatiques, IAPP) est une protéine très susceptible de subir des changements de conformation impliquant les feuillets bêta et conférant aussi des propriétés physicochimiques distinctes. Cette protéine prend alors une forme fibrillaire et se dépose dans les îlots de Langerhans chez les humains atteints de diabète de type 2 ou d’insulinome. Ces dépôts d’amyloïde pancréatique (AIAPP) ont été décrits chez certaines espèces animales telles que les félins domestiques, les grands félins, le raton laveur et les primates non humains. La formation de dépôts d’amyloïde contribue à la pathogénèse du diabète de type 2, mais les mécanismes qui induisent la conversion de l’amyline (IAPP) en amyloïde (AIAPP) ne sont pas complètement compris. Les hypothèses du projet sont que certaines variations présentes dans les séquences peptidiques de l’IAPP provenant de différentes espèces animales jouent un rôle critique pour la formation de fibrilles et que plusieurs composés chimiques aromatiques/phénoliques sont capables d’abroger la formation de dépôts d’amyloïde. Le projet de recherche consiste donc à caractériser la propension des différentes isoformes animales d’IAPP à former de l’amyloïde in vitro afin d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans cette transformation structurale et ultimement d’inhiber la formation d’amyloïde pancréatique. Le projet se divise en deux volets principaux. Le premier consiste à identifier les différentes séquences peptidiques de l’IAPP retrouvées chez les espèces animales. L’objectif est d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans la formation d’amyloïde. Le gène de l’IAPP a été séquencé chez plus d’une quarantaine d’espèces. Le potentiel d’agrégation des séquences obtenues a été simulé à l’aide d’outils bioinformatique. Une librairie de 23 peptides a été commandée afin de procéder à des analyses physicochimiques in vitro permettant d’évaluer le potentiel amyloïdogénique (test fluorimétrique à la thioflavine T, essai de liaison au rouge Congo, dichroïsme circulaire, microscopie électronique à transmission) et cytotoxique (sur une lignée cellulaire provenant d’insulinome : INS-1). Les analyses effectuées à partir de la librairie constituée de 23 peptides ont permis d’identifier trois séquences ne formant pas d’amyloïde et qui proviennent des espèces animales suivantes : le tamarin lion doré (Leontopithecus rosalia), le grand dauphin (Tursiops truncatus) et l’alpaga (Vicugna pacos). Un site potentiellement critique est le segment 8-20 présentant le motif NFLVH qui ne forme plus d’amyloïde lorsqu’il est remplacé par le motif DFLGR ou KFLIR. Les acides aminés 29P, 14K et 18R sont également impliqués dans l’inhibition de la transformation structurale en fibrille. La dernière partie du projet consiste à inhiber la formation de l’amyloïde en utilisant des composés chimiques commercialisés (hypoglycémiants, anti-inflammatoires non stéroïdiens) ou nouvellement synthétisés dans notre laboratoire (les aryles éthyles urées). Un criblage d’une soixantaine de composés chimiques a été conduit dans cette étude. Leur efficacité a été testée sur l’IAPP humaine, qui possède un fort potentiel amyloïdogénique. Les techniques utilisées sont les mêmes que celles exploitées précédemment. L’essai de liaison croisée photo-induite ("photo-induced cross-linking of unmodified proteins", PICUP) a été réalisé afin d’étudier les formes intermédiaires (monomères, oligomères). Un total de 11 composés chimiques a démontré un potentiel à inhiber l’agrégation des fibrilles. Pour la classe des hypoglycémiants, le glyburide, le répaglinide et la troglitazone ont montré l’activité thérapeutique la plus élevée pour retarder et réduire la formation de fibrilles. Les anti-inflammatoires antiamyloïdogènes actifs incluaient le diclofenac, le méloxicam, le phénylbutazone, le sulindac et le ténoxicam. Les aryles étyles urées les plus intéressantes étaient la EU-362 et la EU-418. Tous ces composés ont conféré une protection cellulaire contre l’activité cytotoxique des fibrilles. Les molécules actives possèdent des éléments structuraux communs tels des substituants donneurs d’électrons (alcool, amine, halogène) sur un noyau benzène. En conclusion, ce projet de recherche a permis de caractériser l’IAPP chez diverses espèces animales, dont plusieurs chez lesquelles elle n’avait pas encore été décrite, de déterminer les sites jouant un rôle clé dans sa transformation en amyloïde et, ultimement, de tester le potentiel thérapeutique de nouveaux agents antiamyloïdogènes dans le diabète de type 2. Nous espérons que ce projet ouvrira ainsi la porte à de nouvelles stratégies de traitement.