The Development, Validation and Implementation of a Broad-Based ADME Genotyping Assay into Research and Clinical Trials

Afin d’adresser la variabilité interindividuelle observée dans la réponse pharmacocinétique à de nombreux médicaments, nous avons créé un panel de génotypage personnalisée en utilisant des méthodes de conception et d’élaboration d’essais uniques. Celles-ci ont pour but premier de capturer les variations génétiques présentent dans les gènes clés impliqués dans les processus d'absorption, de distribution, de métabolisme et d’excrétion (ADME) de nombreux agents thérapeutiques. Bien que ces gènes et voies de signalement sont impliqués dans plusieurs mécanismes pharmacocinétiques qui sont bien connues, il y a eu jusqu’à présent peu d'efforts envers l’évaluation simultanée d’un grand nombre de ces gènes moyennant un seul outil expérimental. La recherche pharmacogénomique peut être réalisée en utilisant deux approches: 1) les marqueurs fonctionnels peuvent être utilisés pour présélectionner ou stratifier les populations de patients en se basant sur des états métaboliques connus; 2) les marqueurs Tag peuvent être utilisés pour découvrir de nouvelles corrélations génotype-phénotype. Présentement, il existe un besoin pour un outil de recherche qui englobe un grand nombre de gènes ADME et variantes et dont le contenu est applicable à ces deux modèles d'étude. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un panel d’essais de génotypage de 3,000 marqueurs génétiques ADME qui peuvent satisfaire ce besoin. Dans le cadre de ce projet, les gènes et marqueurs associés avec la famille ADME ont été sélectionnés en collaboration avec plusieurs groupes du milieu universitaire et de l'industrie pharmaceutique. Pendant trois phases de développement de cet essai de génotypage, le taux de conversion pour 3,000 marqueurs a été amélioré de 83% à 97,4% grâce à l'incorporation de nouvelles stratégies ayant pour but de surmonter les zones d'interférence génomiques comprenant entre autres les régions homologues et les polymorphismes sous-jacent les régions d’intérêt. La précision du panel de génotypage a été validée par l’évaluation de plus de 200 échantillons pour lesquelles les génotypes sont connus pour lesquels nous avons obtenu une concordance > 98%. De plus, une comparaison croisée entre nos données provenant de cet essai et des données obtenues par différentes plateformes technologiques déjà disponibles sur le marché a révélé une concordance globale de > 99,5%. L'efficacité de notre stratégie de conception ont été démontrées par l'utilisation réussie de cet essai dans le cadre de plusieurs projets de recherche où plus de 1,000 échantillons ont été testés. Nous avons entre autre évalué avec succès 150 échantillons hépatiques qui ont été largement caractérisés pour plusieurs phénotypes. Dans ces échantillons, nous avons pu valider 13 gènes ADME avec cis-eQTL précédemment rapportés et de découvrir et de 13 autres gènes ADME avec cis eQTLs qui n'avaient pas été observés en utilisant des méthodes standard. Enfin, à l'appui de ce travail, un outil logiciel a été développé, Opitimus Primer, pour aider pour aider au développement du test. Le logiciel a également été utilisé pour aider à l'enrichissement de cibles génomiques pour d'expériences séquençage. Le contenu ainsi que la conception, l’optimisation et la validation de notre panel le distingue largement de l’ensemble des essais commerciaux couramment disponibles sur le marché qui comprennent soit des marqueurs fonctionnels pour seulement un petit nombre de gènes, ou alors n’offre pas une couverture adéquate pour les gènes connus d’ADME. Nous pouvons ainsi conclure que l’essai que nous avons développé est et continuera certainement d’être un outil d’une grande utilité pour les futures études et essais cliniques dans le domaine de la pharmacocinétique, qui bénéficieraient de l'évaluation d'une longue liste complète de gènes d’ADME.

Development of a multi-gene PCR assay for the prediction of the response to hormone therapy in breast cancer

Deux tiers des cancers du sein expriment des récepteurs hormonaux ostrogéniques (tumeur ER-positive) et la croissance de ces tumeurs est stimulée par l’estrogène. Des traitements adjuvant avec des anti-estrogènes, tel que le Tamoxifen et les Inhibiteurs de l’Aromatase peuvent améliorer la survie des patientes atteinte de cancer du sein. Toutefois la thérapie hormonale n’est pas efficace dans toutes les tumeurs mammaires ER-positives. Les tumeurs peuvent présenter avec une résistance intrinsèque ou acquise au Tamoxifen. Présentement, c’est impossible de prédire quelle patiente va bénéficier ou non du Tamoxifen. Des études préliminaires du laboratoire de Dr. Mader, ont identifié le niveau d’expression de 20 gènes, qui peuvent prédire la réponse thérapeutique au Tamoxifen (survie sans récidive). Ces marqueurs, identifié en utilisant une analyse bioinformatique de bases de données publiques de profils d’expression des gènes, sont capables de discriminer quelles patientes vont mieux répondre au Tamoxifen. Le but principal de cette étude est de développer un outil de PCR qui peut évaluer le niveau d’expression de ces 20 gènes prédictif et de tester cette signature de 20 gènes dans une étude rétrospective, en utilisant des tumeurs de cancer du sein en bloc de paraffine, de patients avec une histoire médicale connue. Cet outil aurait donc un impact direct dans la pratique clinique. Des traitements futiles pourraient être éviter et l’indentification de tumeurs ER+ avec peu de chance de répondre à un traitement anti-estrogène amélioré. En conséquence, de la recherche plus appropriée pour les tumeurs résistantes au Tamoxifen, pourront se faire.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Development and use of a multiplex real-time quantitative polymerase chain reaction assay for detection and differentiation of Porcine circovirus-2 genotypes 2a and 2b in an epidemiological survey.

By the end of 2004, the Canadian swine population had experienced a severe 2 increase in the incidence of Porcine circovirus-associated disease (PCVAD), a problem that was 3 associated with the emergence of a new Porcine circovirus-2 genotype (PCV-2b), previously 4 unrecovered in North America. Thus it became important to develop a diagnostic tool that could 5 differentiate between the old and new circulating genotypes (PCV-2a and -2b, respectively). 6 Consequently, a multiplex real-time quantitative polymerase chain reaction (mrtqPCR) assay that 7 could sensitively and specifically identify and differentiate PCV-2 genotypes was developed. A 8 retrospective epidemiological survey that used the mrtqPCR assay was performed to determine if 9 cofactors could affect the risk of PCVAD. From 121 PCV-2–positive cases gathered for this 10 study, 4.13%, 92.56% and 3.31% were positive for PCV-2a, PCV-2b, and both genotypes, 11 respectively. In a data analysis using univariate logistic regressions, PCVAD compatible 12 (PCVAD/c) score was significantly associated with the presence of Porcine reproductive and 13 respiratory syndrome virus (PRRSV), PRRSV viral load, PCV-2 viral load, and PCV-2 14 immunohistochemistry (IHC) results. Polytomous logistic regression analysis revealed that 15 PCVAD/c score was affected by PCV-2 viral load (P = 0.0161) and IHC (P = 0.0128), but not by 16 the PRRSV variables (P > 0.9); suggesting that mrtqPCR in tissue is a reliable alternative to IHC. 17 Logistic regression analyses revealed that PCV-2 increased the odds ratio of isolating 2 major 18 swine pathogens of the respiratory tract, Actinobacillus pleuropneumoniae and Streptococcus 19 suis serotypes 1/2, 1, 2, 3, 4, and 7, which are serotypes commonly associated with clinical 20 diseases.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.

Fluorescence Assay for Polymerase Arrival Rates

To engineer complex synthetic biological systems will require modular design, assembly, and characterization strategies. The RNA polymerase arrival rate (PAR) is defined to be the rate that RNA polymerases arrive at a specified location on the DNA. Designing and characterizing biological modules in terms of RNA polymerase arrival rates provides for many advantages in the construction and modeling of biological systems. PARMESAN is an in vitro method for measuring polymerase arrival rates using pyrrolo-dC, a fluorescent DNA base that can substitute for cytosine. Pyrrolo-dC shows a detectable fluorescence difference when in single-stranded versus double-stranded DNA. During transcription, RNA polymerase separates the two strands of DNA, leading to a change in the fluorescence of pyrrolo-dC. By incorporating pyrrolo-dC at specific locations in the DNA, fluorescence changes can be taken as a direct measurement of the polymerase arrival rate.

Evidence for complex multigenic inheritance of radiation AML susceptibility in mice revealed using a surrogate phenotypic assay

The mapping of genes which affect individual cancer risk is an important but complex challenge. A surrogate assay of susceptibility to radiation-induced acute myeloid leukaemia (AML) in the mouse based on chromosomal radiosensitivity has been developed and validated. This assay was applied to the mapping of radiation-induced AML risk modifier loci by association with microsatellite markers. A region on chromosome (chr) 18 with strong association is identified and confirmed by backcross analysis. Additional loci on chrs 8 and 13 show significant association. A key candidate gene Rbbp8 on chr18 is identified. Rbbp8 is shown to be upregulated in response to X-irradiation in the AML sensitive CBA strain but not AML resistant C57BL/6 strain. This study demonstrates the strength of utilizing surrogate endpoints of cancer susceptibility in the mapping of mouse loci and identifies additional loci that may affect radiation cancer risk.

Evaluation of a nucleoprotein-based enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of antibodies against infectious bronchitis virus

As an immunogen of the coronavirus, the nucleoprotein (N) is a potential antigen for the serological monitoring of infectious bronchitis virus (IBV). In this report, recombinant N protein from the Beaudette strain of IBV was produced and purified from Escherichia coli as well as Sf9 ( insect) cells, and used for the coating of enzyme-linked immunosorbent assay ( ELISA) plates. The N protein produced in Sf9 cells was phosphorylated whereas N protein from E. coli was not. Our data indicated that N protein purified from E. coli was more sensitive to anti-IBV serum than the protein from Sf9 cells. The recombinant N protein did not react with the antisera to other avian pathogens, implying that it was specific in the recognition of IBV antibodies. In addition, the data from the detection of field samples and IBV strains indicated that using the recombinant protein as coating antigen could achieve an equivalent performance to an ELISA kit based on infected material extracts as a source of antigen(s). ELISAs based on recombinant proteins are safe ( no live virus), clean ( only virus antigens are present), specific ( single proteins can be used) and rapid ( to respond to new viral strains and strains that cannot necessarily be easily cultured).

Development of a PCR-based assay for rapid and reliable identification of pathogenic Fusaria

Identification of Fusarium species has always been difficult due to confusing phenotypic classification systems. We have developed a fluorescent-based polymerase chain reaction assay that allows for rapid and reliable identification of five toxigenic and pathogenic Fusarium species. The species includes Fusarium avenaceum, F. culmorum, F. equiseti, F. oxysporum and F. sambucinum. The method is based on the PCR amplification of species-specific DNA fragments using fluorescent oligonucleotide primers, which were designed based on sequence divergence within the internal transcribed spacer region of nuclear ribosomal DNA. Besides providing an accurate, reliable, and quick diagnosis of these Fusaria, another advantage with this method is that it reduces the potential for exposure to carcinogenic chemicals as it substitutes the use of fluorescent dyes in place of ethidium, bromide. Apart from its multidisciplinary importance and usefulness, it also obviates the need for gel electrophoresis. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Microbiological Societies.

Determination of the total antioxidant activity of fruits and vegetables by a liposome assay

The effects of mixtures of antioxidants on the oxidation of phospholipids have been investigated in large unilamellar liposomes following initiation by 2,2'-azobis(2-aminopropane) dihydrochloride. The lag phase increased linearly with antioxidant concentration. The lag phases of mixtures containing alpha-tocopherol with ascorbic acid showed synergy between the antioxidants, but mixtures of beta-carotene with cc-tocopherol or ascorbic acid were not synergistic. The liposome system was used to investigate the total antioxidant activity of lipid- and water-soluble extracts from 16 samples of fruits, vegetables, and related food products. The water-soluble extracts caused greater increases in lag phase than the lipid-soluble extracts. The lag phase of liposomes containing the water-soluble extracts from fruits and vegetables increased linearly with the total phenolic concentration, with the continental salad extract having the longest lag phase. The lipid-soluble extract from apples caused the largest increase in lag phase of the lipid-soluble extracts. The lag phases of the lipid-soluble and water-soluble extracts of all fruits and vegetables studied were additive, but no synergy was detected. The lag phase of the liposomes containing both the water-soluble and lipid-soluble extracts varied from 611.5 min for the continental salad extracts to 47.5 min for the cauliflower extracts.

Assessing the impact of nano- and micro-scale zerovalent iron particles on soil microbial activities: Particle reactivity interferes with assay conditions and interpretation of genuine microbial effects

The effects of nano-scale and micro-scale zerovalent iron (nZVI and mZVI) particles on general (dehydrogenase and hydrolase) and specific (ammonia oxidation potential, AOP) activities mediated by the microbial community in an uncontaminated soil were examined. nZVI (diameter 12.5 nm; 10 mg gÿ1 soil)apparently inhibited AOP and nZVI and mZVI apparently stimulated dehydrogenase activity but had minimal influence on hydrolase activity. Sterile experiments revealed that the apparent inhibition of AOP could not be interpreted as such due to the confounding action of the particles, whereas, the nZVIenhanced dehydrogenase activity could represent the genuine response of a stimulated microbial population or an artifact of ZVI reactivity. Overall, there was no evidence for negative effects of nZVI or mZVI on the processes studied. When examining the impact of redox active particles such as ZVI on microbial oxidation–reduction reactions, potential confounding effects of the test particles on assay conditions should be considered.

Quantitation of apolipoprotein B-48 in triacylglycerol-rich lipoproteins by a specific enzyme-linked immunosorbent assay

This paper describes the use of an antiserum, specific for apolipoprotein (apo) B-48, in a competitive, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for apo B-48 in triacylglycerol-rich lipoprotein (TRL) fractions prepared from fasting and post-prandial plasma samples. Previously we showed the antiserum to act as an effective immunoblotting agent following sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Its use in this ELISA indicates that the antiserum recognises the C-terminal region of the protein on the surface of lipoprotein particles. The ELISA had a sensitivity of less than 37 ng/ml and intra- and inter-assay coefficients of variation of 3.8% and 8.6%, respectively. There was no cross-reaction in the ELISA against serum albumin, ovalbumin, thyroglobulin, or apo B-100 (purified by immunoaffinity chromatography), and high lipid concentrations (as Intralipid) did not interfere. A low density lipoprotein fraction reacted in the ELISA but SDS-PAGE-Western blot analysis confirmed the presence, in the fraction, of a small amount of apo B-48, indicating the existence of low density dietary-derived lipoprotein particles. ELISA and SDS-PAGE-Western blot analysis were used to measure apo B-48 in 12 series of postprandial samples collected from 4 diabetic and 8 normal subjects, following test meals of varying fat content. The mean correlation between the two methods was r = 0.74. The mean fasting concentration of apo B-48 in the TRL fractions from 15 healthy men was 0.46 μg/ml of plasma.