Development of user-friendly, high throughput screening for ligands and inhibitors of carbohydrate modifying enzymes

This paper describes the impact of cloud computing and the use of GPUs on the performance of Autodock and Gromacs respectively. Cloud computing was applicable to reducing the ‘‘tail’’ seen in running Autodock on desktop grids and the GPU version of Gromacs showed significant improvement over the CPU version. A large (200,000 compounds) library of small molecules, seven sialic acid analogues of the putative substrate and 8000 sugar molecules were converted into pdbqt format and used to interrogate the Trichomonas vaginalis neuraminidase using Autodock Vina. Good binding energy was noted for some of the small molecules (~-9 kcal/mol), but the sugars bound with affinity of less than -7.6 kcal/mol. The screening of the sugar library resulted in a ‘‘top hit’’ with a-2,3-sialyllacto-N-fucopentaose III, a derivative of the sialyl Lewisx structure and a known substrate of the enzyme. Indeed in the top 100 hits 8 were related to this structure. A comparison of Autodock Vina and Autodock 4.2 was made for the high affinity small molecules and in some cases the results were superimposable whereas in others, the match was less good. The validation of this work will require extensive ‘‘wet lab’’ work to determine the utility of the workflow in the prediction of potential enzyme inhibitors.

A thin-layer chromatography-bioautographic method for detecting dipeptidyl peptidase IV inhibitors in plants

A thin-layer chromatography (TLC)-bioautographic method was developed with the aim to detect dipeptidyl peptidase IV (DPP IV) inhibitors from plant extracts. The basic principle of the method is that the enzyme (DPP IV) hydrolyzes substrate (Gly-Pro-p-nitroaniline) into p-nitroaniline (pNA), which diazotizes with sodium nitrite, and then reacts with N-(1-naphthyl) ethylenediamine dihydrochloride in turn to form a rose-red azo dye which provides a rose-red background on the TLC plates. The DPP IV inhibitors showed white spots on the background as they blocked enzymolysis of the substrate to produce pNA. The method was validated with respect to selectivity, sensitivity, linearity, precision, recovery, and stability after optimizing key parameters including plate type, time and temperature of incubation, concentration of substrate, enzyme and derivatization reagents, and absorption wavelength. The results showed good lineary within amounts over 0.01–0.1 μg range for the positive control, diprotin A, with the coefficient of determination (r2) = 0.9668. The limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were 5 and 10 ng, respectively. The recoveries ranged from 98.9% to 107.5%. The averages of the intra- and inter-plate reproducibility were in the range of 4.1–9.7% and 7.6–14.7%, respectively. Among the nine methanolic extracts of medicinal herbs screened for DPP IV inhibitors by the newly developed method, Peganum nigellastrum Bunge was found to have one white active spot, which was then isolated and identified as harmine. By spectrophotometric method, harmine hydrochloride was found to have DPP-IV inhibitory activity of 32.4% at 10 mM comparing to that of 54.8% at 50 μM for diprotin A.

Role on serine protease inhibitors in the pathogenisis of Steinernema carpocapsae

Tese de Doutoramento, Biologia (Biologia Celular e Molecular), 18 de Novembro de 2013, Universidade dos Açores.

Development of novel benzimidazole- based COX Inhibitors new synthetic strategies and screening of heterocyclic structures

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química, especialidade Química Orgânica

Clinical benefit of fulvestrant in postmenopausal women with advanced breast cancer and primary or acquired resistance to aromatase inhibitors: final results of phase II Swiss Group for Clinical Cancer Research Trial (SAKK 21/00).

BACKGROUND: The aim of this study was to evaluate the efficacy and tolerability of fulvestrant, an estrogen receptor antagonist, in postmenopausal women with hormone-responsive tumors progressing after aromatase inhibitor (AI) treatment. PATIENTS AND METHODS: This is a phase II, open, multicenter, noncomparative study. Two patient groups were prospectively considered: group A (n=70) with AI-responsive disease and group B (n=20) with AI-resistant disease. Fulvestrant 250 mg was administered as intramuscular injection every 28 (+/-3) days. RESULTS: All patients were pretreated with AI and 84% also with tamoxifen or toremifene; 67% had bone metastases and 45% liver metastases. Fulvestrant administration was well tolerated and yielded a clinical benefit (CB; defined as objective response or stable disease [SD] for >or=24 weeks) in 28% (90% confidence interval [CI] 19% to 39%) of patients in group A and 37% (90% CI 19% to 58%) of patients in group B. Median time to progression (TTP) was 3.6 (95% CI 3.0 to 4.8) months in group A and 3.4 (95% CI 2.5 to 6.7) months in group B. CONCLUSIONS: Overall, 30% of patients who had progressed following prior AI treatment gained CB with fulvestrant, thereby delaying indication to start chemotherapy. Prior response to an AI did not appear to be predictive for benefit with fulvestrant.

The clinical application of converting enzyme inhibitors.

Chronic blockade of the renin angiotensin system became possible when orally active inhibitors of angiotensin converting enzyme, the enzyme which catalyzes the transformation of angiotensin I into angiotensin II, were synthetized. Two compounds, captopril and enalapril, have been investigated in clinical studies. The decrease of the pressor response to exogenous angiotensin I and of the circulating levels of angiotensin II following administration of these inhibitors has been demonstrated to be directly related to the degree of suppression of plasma angiotensin converting enzyme activity. These inhibitors have been shown to normalize blood pressure alone in some hypertensive patients whereas in many others, satisfactory blood pressure control can be achieved only after the addition of a diuretic. Captopril and enalapril also markedly improve cardiac function of patients with chronic congestive heart failure. Chronic blockade of the renin angiotensin system has therefore provided an interesting new approach to the treatment of clinical hypertension and heart failure.

Targeting B-cell lymphomas with inhibitors of the MALT1 paracaspase.

The paracaspase MALT1 is an Arg-specific protease that cleaves multiple substrates to promote lymphocyte proliferation and survival. The catalytic activity of MALT1 is normally tightly regulated by antigen receptor triggering, which promotes MALT1 activation by its inducible monoubiquitination-dependent dimerization. Constitutive MALT1 activity is a hallmark of specific subsets of B-cell lymphomas, which are characterized by chromosomal translocations or point mutations that activate MALT1 or its upstream regulators. Recent findings suggest that such lymphomas may be sensitive to treatment with MALT1 inhibitors. Here we review recent progress in the understanding of MALT1 function and regulation, and the development of small molecule MALT1 inhibitors for therapeutic applications.

Dipeptidyl peptidase IV and its inhibitors: therapeutics for type 2 diabetes and what else?

The proline-specific dipeptidyl aminopeptidase IV (DPP IV, DPP-4, CD26), widely expressed in mammalians, releases X-Pro/Ala dipeptides from the N-terminus of peptides. DPP IV is responsible of the degradation of the incretin peptide hormones regulating blood glucose levels. Several families of DPP IV inhibitors have been synthesized and evaluated. Their positive effects on the degradation of the incretins and the control of blood glucose levels have been demonstrated in biological models and in clinical trials. Presently, several DPP IV inhibitors, the "gliptins", are approved for type 2 diabetes or are under clinical evaluation. However, the gliptins may also be of therapeutic interest for other diseases beyond the inhibition of incretin degradation. In this Perspective, the biological functions and potential substrates of DPP IV enzymes are reviewed and the characteristics of the DPP IV inhibitors are discussed in view of type 2 diabetes and further therapeutic interest.

A new class of isothiocyanate-based irreversible inhibitors of macrophage migration inhibitory factor.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a homotrimeric multifunctional proinflammatory cytokine that has been implicated in the pathogenesis of several inflammatory and autoimmune diseases. Current therapeutic strategies for targeting MIF focus on developing inhibitors of its tautomerase activity or modulating its biological activities using anti-MIF neutralizing antibodies. Herein we report a new class of isothiocyanate (ITC)-based irreversible inhibitors of MIF. Modification by benzyl isothiocyanate (BITC) and related analogues occurred at the N-terminal catalytic proline residue without any effect on the oligomerization state of MIF. Different alkyl and arylalkyl ITCs modified MIF with nearly the same efficiency as BITC. To elucidate the mechanism of action, we performed detailed biochemical, biophysical, and structural studies to determine the effect of BITC and its analogues on the conformational state, quaternary structure, catalytic activity, receptor binding, and biological activity of MIF. Light scattering, analytical ultracentrifugation, and NMR studies on unmodified and ITC-modified MIF demonstrated that modification of Pro1 alters the tertiary, but not the secondary or quaternary, structure of the trimer without affecting its thermodynamic stability. BITC induced drastic effects on the tertiary structure of MIF, in particular residues that cluster around Pro1 and constitute the tautomerase active site. These changes in tertiary structure and the loss of catalytic activity translated into a reduction in MIF receptor binding activity, MIF-mediated glucocorticoid overriding, and MIF-induced Akt phosphorylation. Together, these findings highlight the role of tertiary structure in modulating the biochemical and biological activities of MIF and present new opportunities for modulating MIF biological activities in vivo.

Stereoselective synthesis of 5-substituted pyrrolo[1,2-c]imidazol-3-ones. Access to aldosterone synthase inhibitors and chiral precatalysts

Compounds containing the pyrrolidine moiety are key substructures of compounds with biological activity and organocatalysts. In particular, annulated chiral pyrrolidines with alpha stereogenic centers have aldostereone synthase inhibition activity. In addition, 5-substituted pyrroloimidazol(in)ium salts precursors to N-heterocyclic carbene (NHC) precatalysts are rare due to a lack of convenient synthetic routes to access them. In this thesis is described a rapid synthesis of NHC precursors and a possible route to 5-substituted pyrroloimidazole biologically active compounds. The method involves the preparation of chiral saturated and achiral unsaturated pyrrolo[I,2- c]imidazol-3-ones from N-Cbz-protected t-Butyl proline carboxamide. The resulting starting materials may be used to prepare the target chiral annulated imidazol(in)ium products by a two-step sequence involving first stereoselective lithiation-substitution, followed by POCh induced salt formation.

Synthesis of cytochrome P450 inhibitors of vitamin E metabolism

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999 C54 O46 2007

The Synthesis of Imidazole Fatty Acid Conjugates as Inhibitors of Apoptosis

Ionizing radiation is known to initiate apoptosis in mammalian cells by causing the transformation of cytochrome c into a peroxidase, which results in the specific peroxidation of the mitochondrial phospholipid cardiolipin. Here we report the design and synthesis of 8 imidazole fatty acid derivatives that bind to the cyt c:CL complex and inhibit the peroxidase activity required for the initiation of apoptosis. We postulate that imidazole acts as a sixth ligand to the haem iron and stops the interaction with H2O2. Two mitochondrially directed analogues (3-hydroxypropyl)triphenylphosphonium esters) of 12-imidazole-stearic acid and 12-imidazole-oleic acid not only were demonstrated to be peroxidase inhibitors in vitro, but were also extraordinarily effective in protecting mice from lethal doses (9 Gy) of ionization radiation. We studied the structure activity relationship to a group of triphenyl phosphonium derivatives containing imidazole at different positions on the fatty acid chain, and observed that the C8-imidazole stearate analogue had marginally better activity than the others. But overall, the structure activity result were remarkable “flat” with all compounds prepared having rather similar inhibitory strength. We also synthesized carnitine mono and di-esters of 12-imidazole fatty acids but full biological data is not yet available for these compounds.

Prescription channeling of COX-2 inhibitors and traditional nonselective nonsteroidal anti-inflammatory drugs: a population-based case–control study

Affiliation: Faculté de pharmacie, Université de Montréal

A retrospective study of cholinesterase inhibitors for Alzheimer's disease : the effect of cerebrovascular disease on patient outcomes and the impact of biases on the results.

Introduction: La démence peut être causée par la maladie d’Alzheimer (MA), la maladie cérébrovasculaire (MCEREV), ou une combinaison des deux. Lorsque la maladie cérébrovasculaire est associée à la démence, les chances de survie sont considérées réduites. Il reste à démontrer si le traitement avec des inhibiteurs de la cholinestérase (ChEIs), qui améliore les symptômes cognitifs et la fonction globale chez les patients atteints de la MA, agit aussi sur les formes vasculaires de démence. Objectifs: La présente étude a été conçue pour déterminer si la coexistence d’une MCEREV était associée avec les chances de survie ou la durée de la période jusqu’au placement en hebergement chez les patients atteints de la MA et traités avec des ChEIs. Des études montrant de moins bons résultats chez les patients souffrant de MCEREV que chez ceux n’en souffrant pas pourrait militer contre l’utilisation des ChEIs chez les patients atteints à la fois de la MA et la MCEREV. L'objectif d'une seconde analyse était d'évaluer pour la première fois chez les patients atteints de la MA l'impact potentiel du biais de « temps-immortel » (et de suivi) sur ces résultats (mort ou placement en hebergement). Méthodes: Une étude de cohorte rétrospective a été conduite en utilisant les bases de données de la Régie de l’Assurance Maladie du Québec (RAMQ) pour examiner la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou jusqu’au v décès des patients atteints de la MA, âgés de 66 ans et plus, avec ou sans MCEREV, et traités avec des ChEIs entre le 1er Juillet 2000 et le 30 Juin 2003. Puisque les ChEIs sont uniquement indiquées pour la MA au Canada, chaque prescription de ChEIs a été considérée comme un diagnostic de la MA. La MCEREV concomitante a été identifié sur la base d'un diagnostic à vie d’un accident vasculaire cérébral (AVC) ou d’une endartériectomie, ou d’un diagnostic d'un accident ischémique transitoire au cours des six mois précédant la date d’entrée. Des analyses séparées ont été conduites pour les patients utilisant les ChEIs de façon persistante et pour ceux ayant interrompu la thérapie. Sept modèles de régression à risque proportionnel de Cox qui ont varié par rapport à la définition de la date d’entrée (début du suivi) et à la durée du suivi ont été utilisés pour évaluer l'impact du biais de temps-immortel. Résultats: 4,428 patients ont répondu aux critères d’inclusion pour la MA avec MCEREV; le groupe de patients souffrant seulement de la MA comptait 13,512 individus. Pour le critère d’évaluation composite considérant la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou jusqu’au décès, les taux de survie à 1,000 jours étaient plus faibles parmi les patients atteints de la MA avec MCEREV que parmi ceux atteints seulement de la MA (p<0.01), mais les différences absolues étaient très faibles (84% vs. 86% pour l’utilisation continue de ChEIs ; 77% vs. 78% pour la thérapie avec ChEIs interrompue). Pour les critères d’évaluation secondaires, la période jusqu’au décès était plus courte chez les patients avec la MCEREV que sans la MCEREV, mais la période jusqu’au vi placement en hebergement n’était pas différente entre les deux groupes. Dans l'analyse primaire (non-biaisée), aucune association a été trouvée entre le type de ChEI et la mort ou le placement en maison d'hébergement. Cependant, après l'introduction du biais de temps-immortel, on a observé un fort effet différentiel. Limitations: Les résultats peuvent avoir été affectés par le biais de sélection (classification impropre), par les différences entre les groupes en termes de consommation de tabac et d’indice de masse corporelle (ces informations n’étaient pas disponibles dans les bases de données de la RAMQ) et de durée de la thérapie avec les ChEIs. Conclusions: Les associations entre la coexistence d’une MCEREV et la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou au décès apparaissent peu pertinentes cliniquement parmi les patients atteints de la MA traités avec des ChEIs. L’absence de différence entre les patients atteints de la MA souffrant ou non de la MCEREV suggère que la coexistence d’une MCEREV ne devrait pas être une raison de refuser aux patients atteints de la MA l’accès au traitement avec des ChEIs. Le calcul des « personne-temps » non exposés dans l'analyse élimine les estimations biaisées de l'efficacité des médicaments.

Importance of the HSP90 molecular chaperoning pathway for antibody diversification by determining AID stability

La protéine AID (déaminase induite par l’activation) joue un rôle central dans la réponse immunitaire adaptative. En désaminant des désoxycytidines en désoxyuridines au niveau des gènes immunoglobulines, elle initie l’hypermutation somatique (SHM), la conversion génique (iGC) et la commutation isotypique (CSR). Elle est essentielle à une réponse humorale efficace en contribuant à la maturation de l’affinité des anticorps et au changement de classe isotypique. Cependant, son activité mutagénique peut être oncogénique et causer une instabilité génomique propice au développement de cancers et de maladies autoimmunes. Il est donc critique de réguler AID, en particulier ses niveaux protéiques, pour générer une réponse immunitaire efficace tout en minimisant les risques de cancer et d’autoimmunité. Un élément de régulation est le fait qu’AID transite du cytoplasme vers le noyau mais reste majoritairement cytoplasmique à l’équilibre. AID est par ailleurs plus stable dans le cytoplasme que dans le noyau, ce qui contribue à réduire sa présence à proximité de l’ADN. Le but de cette thèse était d’identifier de nouveaux partenaires et déterminants d’AID régulant sa stabilité et ses fonctions biologiques. Dans un premier temps, nous avons identifié AID comme une nouvelle protéine cliente d’HSP90. Nous avons montré qu’HSP90 interagit avec AID dans le cytoplasme, ce qui empêche la poly-ubiquitination d’AID et sa dégradation par le protéasome. En conséquence, l’inhibition d’HSP90 résulte en une diminution significative des niveaux endogènes d’AID et corrèle avec une réduction proportionnelle de ses fonctions biologiques dans la diversification des anticorps mais aussi dans l’introduction de mutations aberrantes. Dans un second temps, nous avons montré que l’étape initiale dans la stabilisation d’AID par la voie de chaperonnage d’HSP90 dépend d’HSP40 et d’HSP70. En particulier, la protéine DnaJa1, qui fait partie de la famille des protéines HSP40s, limite la stabilisation d’AID dans le cytoplasme. La farnésylation de DnaJa1 est importante pour l’interaction entre DnaJa1 et AID et moduler les niveaux de DnaJa1 ou son état de farnésylation impacte à la fois les niveaux endogènes d’AID mais aussi la diversification des anticorps. Les souris DNAJA1-/- présentent une réponse immunitaire compromise en cas d’immunisation, qui est dûe à des niveaux réduits d’AID et un défaut de commutation de classe. Dans un troisième temps, nous avons montré que la protéine AID est intrinsèquement plus instable que sesprotéines paralogues APOBEC. Nous avons identifié l’acide aspartique en seconde position d’AID ainsi qu’un motif semblable au PEST comme des modulateurs de la stabilité d’AID. La modification de ces motifs augmente la stabilité d’AID et résulte en une diversification des anticorps plus efficace. En conclusion, l’instabilité intrinsèque d’AID est un élément de régulation de la diversification des anticorps. Cette instabilité est en partie compensée dans le cytoplasme par l’action protective de la voie de chaperonnage DnaJa1-HSP90. Par ailleurs, l’utilisation d’inhibiteurs d’HSP90 ou de farnésyltransférases pourrait être un outil intéressant pour la modulation indirecte des niveaux d’AID et le traitement de lymphomes/leucémies et de maladies auto-immunes causés par AID.