Pharmacological screening of plants recommended by folk medicine as anti-snake venom: I. Analgesic and anti-inflammatory activities

We have observed that several plants used popularly as anti-snake venom show anti-inflammatory activity. From the list prepared by Rizzini, Mors and Pereira some species have been selected and tested for analgesic activity (number of contortions) and anti-inflammatory activity (Evans blue dye diffusion - 1% solution) according to Whittle's technique (intraperitoneal administration of 0.1 N-acetic acid 0.1 ml/10 g) in mice. Previous oral administration of a 10% infusion (dry plant) or 20% (fresh plant) corresponding to 1 or 2 g/Kg of Apuleia leiocarpa, Casearia sylvestris, Brunfelsia uniflora, Chiococca brachiata, Cynara scolymus, Dorstenia brasiliensis, Elephantopus scaber, Marsypianthes chamaedrys, Mikania glomerata and Trianosperma tayuya demonstrated analgesic and/or anti-inflammatory activities of varied intensity

Clinical and pharmacogenetic study on smoking and smoking cessation

Currently, smoking cessation represents one of the main strategies to reduce the incidence of tobacco-related diseases in the population. Smoking can also influence pharmacotherapy through several pharmacokinetic or pharmacodynamic interactions. Some of the most concerned drugs are those metabolized by the cytochrome P450 (CYP) 1A2 enzyme (e.g. caffeine, theophylline, clozapine, olanzapine, duloxetine), whose activity is induced by the polycyclic aromatic hydrocarbons found in tobacco smoke. This can result in a clinically significant decrease in the pharmacological effect of the drugs and the need of higher doses in smokers. Conversely, upon smoking cessation, toxic plasma levels of the drugs can be reached. The main objective of this thesis was to study the interindividual variability in CYP1A2 induction in a large cohort of smokers, by measuring CYP1A2 activity before smoking cessation and one month later in continuously abstinent subjects. For this purpose, a clinical study was conducted, including 194 smokers from the general population who wished to participate in a smoking cessation program and therefore received medical counseling and substitution therapy (nicotine or varenicline). An analytical method for the simultaneous quantification of nicotine, its metabolites and varenicline in plasma was developed and validated using ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. This method was used to confirm abstinence at different time points during the follow-up. Moreover, it was used to determine plasma levels of the smoking cessation drugs, to be used in the study of their pharmacogenetics, which was the secondary objective of this thesis. High interindividual variability in CYP1A2 induction by smoking was observed, ranging from no change to approximately 7 times decreased CYP1A2 activity after smoking cessation. Several clinical and genetic factors were investigated in an attempt to explain this variability. Firstly, a significant influence of CYP1A2*1F and *1D alleles, of contraceptive use and of the number of cigarettes smoked per day on CYP1A2 induced activity was observed, and of CYP1A2*1F and the use of contraceptives on the basal activity. But no influence of these factors was found on CYP1A2 inducibility. Given that known genetic polymorphisms in CYP1A2 gene were shown to explain only poorly the observed variations in activity, additional genetic factors were studied. SNPs in the CYP oxidoreductase (POR) gene were found to influence CYP1A2 basal activity, but not the induction. Finally, a pathway-based approach allowed to identify SNPs in genes coding for nuclear receptors (CAR, RXRa, VDR, PXR) and induction-mediating receptors (AhR), which significantly influenced CYP1A2 inducibility and basal activity (SNPs in the gene coding for CAR and RXRa). As secondary objective of the study, the pharmacogenetics of nicotine and varenicline is being investigated. Therefore, the nicotine metabolite ratio is used in the attempt to better explain nicotine dependence and the failure/success of quitting smoking. A population pharmacokinetic model is being developed for varenicline, integrating clinical and genetic factors (genes coding for its metabolizing enzymes and transporters), with the purpose of trying to predict efficacy and side effects. These findings suggest that the influence of smoking on pharmacotherapy could be better managed by including clinical and possibly in the future genetic factors, in the assessment of the adaptations needed when a person starts or stops smoking.  - L'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci. Le tabagisme peut influencer la thérapie médicamenteuse par des interactions pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques. Parmi les médicaments concernés, il y a ceux métabolisés par le cytochrome P450 (CYP) 1A2 (caféine, théophylline, clozapine, olanzapine, duloxétine, etc), dont l'activité enzymatique est induite par les hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans la fumée de cigarette. Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet pharmacologique du traitement et la nécessité d'augmenter les doses d'entretien chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, les taux plasmatiques des médicaments peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 dans une large cohorte de fumeurs, par la mesure de l'activité du CYP1A2 avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement pharmacologique (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique pour la quantification simultanée de la nicotine, ses métabolites et la varénicline dans le plasma par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem à été développée et validée. Cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude et déterminer les taux plasmatiques des médicaments, dans le but d'étudier leur pharmacogénétique. Une grande variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 par la fumée a été observée, parfois sans changement et pouvant aller jusqu'à une diminution d'environ 7 fois l'activité du CYP1A2 après l'arrêt de la cigarette. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Tout d'abord, on a observé une influence significative: des allèles CYP1A2*1F et *1D, des contraceptifs et du nombre de cigarettes fumées par jour sur l'activité induite du CYP1A2, ainsi que l'influence de l'allèle *1F et des contraceptifs sur l'activité basale. Cependant, aucune influence de ces facteurs n'a été démontrée sur l'inductibilité du CYP1A2. Étant donné que les polymorphismes génétiques du CYP1A2 apportent peu de renseignements sur la variabilité de son activité, des facteurs génétiques supplémentaires ont été étudiés. Des polymorphismes dans le gène POR (CYP oxidoreductase) ont été associés à l'activité basale du CYP1A2, mais pas à l'induction. Finalement, une approche basée sur la voie de signalisation du CYP1A2 a permis d'identifier des polymorphismes dans des gènes codant pour des récepteurs nucléaires (CAR, RXRa, VDR, PXR) et d'autres liés à l'induction (AhR) qui influencent significativement l'inductibilité et l'activité basale (les SNPs du CAR et RXRa). L'objectif secondaire de cette étude était d'investiguer la pharmacogénétique de la nicotine et de la varénicline. Le ratio métabolique de la nicotine est utilisé pour mieux expliquer la dépendance à la nicotine et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Un modèle pharmacocinétique de population est en cours de développement pour la varénicline, intégrant des facteurs cliniques et génétiques (gènes codant pour ses enzymes de métabolisme et transporteurs), pour tenter de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la pharmacothérapie serait mieux gérée par l'inclusion des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, génétiques, dans l'évaluation des adaptations nécessaires lorsqu'une personne fume ou arrête de fumer.  - l'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci dans la population. Le tabagisme peut influencer les traitements médicamenteux, soit en modifiant leur élimination par l'organisme, soit en agissant sur leur mode d'action. Parmi les médicaments les plus concernés, on retrouve par exemple: la caféine, la théophylline, la clozapine, l'olanzapine, la duloxétine, dont l'élimination est accélérée par la fumée de cigarette (induction enzymatique). Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet du traitement et la nécessité d'en augmenter les doses chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, on observe un ralentissement de la fonction enzymatique, qui a pour conséquence une augmentation du taux de médicament dans le sang, pouvant devenir toxique. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier comment cette induction par le tabac varie dans une population de fumeurs, par la mesure de l'activité de l'enzyme avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement médicamenteux (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique a été mise au point pour mesurer la quantité de nicotine, de ses produits de dégradation et de la varénicline dans le sang des participants à l'étude. De plus, cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude. Une grande variabilité interindividuelle a été observée dans l'induction de l'enzyme par la fumée; il en résulte aucun changement d'activité chez certains sujets après l'arrêt de la cigarette, alors que pour d'autres elle peut être diminuée jusqu'à 7 fois. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Premièrement, une influence sur l'activité de l'enzyme a été observée pour les contraceptifs hormonaux et le nombre de cigarettes fumées par jour, ainsi que pour certaines variations génétiques dans le gène codant pour l'enzyme d'intérêt, mais il η y a pas eu d'influence sur l'induction. Par la suite, des variations génétiques dans d'autres gènes influençant le fonctionnement de l'enzyme ont été associées soit avec son activité, soit avec son induction par le tabac. Finalement, l'étude propose également d'investiguer si le métabolisme de la nicotine a une influence sur la dépendance, les symptômes de sevrage et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Des variations génétiques dans les gènes du métabolisme de la varénicline sont également étudiées en lien avec les quantités de varénicline mesurées dans le sang ainsi que les effets du médicament. Ceci permettra peut-être de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la thérapie médicamenteuse serait mieux gérée en tenant compte des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, de la génétique dans l'adaptation des traitements, que la personne soit fumeuse ou en phase d'arrêt.

Aging and motor programming: differential effects according to the selection of action

There are controversial reports about the effect of aging on movement preparation, and it is unclear to which extent cognitive and/or motor related cerebral processes may be affected. This study examines the age effects on electro-cortical oscillatory patterns during various motor programming tasks, in order to assess potential differences according to the mode of action selection. Twenty elderly (EP, 60-84 years) and 20 young (YP, 20-29 years) participants with normal cognition underwent 3 pre-cued response tasks (S1-S2 paradigm). S1 carried either complete information on response side (Full; stimulus-driven motor preparation), no information (None; general motor alertness), or required free response side selection (Free; internally-driven motor preparation). Electroencephalogram (EEG) was recorded using 64 surface electrodes. Alpha (8-12 Hz) desynchronization (ERD)/synchronization (ERS) and motor-related amplitude asymmetries (MRAA) were analyzed during the S1-S2 interval. Reaction times (RTs) to S2 were slower in EP than YP, and in None than in the other 2 tasks. There was an Age x Task interaction due to increased RTs in Free compared to Full in EP only. Central bilateral and midline activation (alpha ERD) was smaller in EP than YP in None. In Full just before S2, readiness to move was reflected by posterior midline inhibition (alpha ERS) in both groups. In Free, such inhibition was present only in YP. Moreover, MRAA showed motor activity lateralization in both groups in Full, but only in YP in Free. The results indicate reduced recruitment of motor regions for motor alertness in the elderly. They further show less efficient cerebral processes subtending free selection of movement in elders, suggesting reduced capacity for internally-driven action with age.

Basic biochemical investigations as rationale for the design of original antimalarial drugs. An example of phospholipid metabolism

The future of antimalarial chemotherapy is particulary alarming in view of the spread of parasite cross-resistances to drugs that are not even structurally related. Only the availability of new pharmacological models will make it possible to select molecules with novel mechanisms of action, thus delaving resistance and allowing the development of new chemotherapeutic strategies. We reached this objective in mice. Our approach is hunged on fundamental and applied research begun in 1980 to investigate to phospholipid (PL) metabolism of intraerythrocytic Plasmodium. This metabolism is abundant, specific and indispensable for the production of Plasmodium membranes. Any drug to interfere with this metabolism blocks parasitic development. The most effective interference yet found involves blockage of the choline transporter, which supplies Plasmodium with choline for the synthesis of phosphatidylcholine, its major PL, this is a limiting step in the pathway. The drug sensitivity thereshold is much lower for the parasite, which is more dependent on this metabolism than host cells. The compounds show in vitro activity against P. falciparum at 1 to 10 nM. They show a very low toxicity against a lymphblastoid cell line, demonstrating a total abscence of correlation between growth inhibition of parasites and lymphoblastoid cells. They show antimalarial activity in vivo, in the P. berghei or P. chabaudi/mouse system, at doses 20-to 100-fold lower than their in acute toxicity limit. The bioavailability of a radiolabeled form of the product seemed to be advantageous (slow blood clearance and no significant concentration in tissues). Lastly, the compounds are inexpensive to produce. They are stable and water-soluble.

Destruction of invariant curves in the restricted circular planar three body problem using comparison of action

"Vegeu el resum a l'inici del document del fitxer adjunt."

On the mechanism of protective action of cold acclimatization against carbon tetrachloride - and ethionine-induced fatty liver

In this study the hepatic lipoprotein lipase (LPL), activity was evaluated in adult female mice acclimatized at 5-C and submitted to carbon tetrachloride (CCI) or ethionine, in order to determine the possible role of this enzuyme in the fatty liver. The results were compared with those obtained in mice kept at room temperature (27-C) that the same hepatoesteatosis inducing agent. In contrast to animals kept at room temperature, in cold aclimatized mice neither the enhancement of the LPL-liver activity by the action of CCI or ethionine occurred nor the development of fatty infiltration in the liver was observed. We conclude that the low temperature induced a protective effect against CCI or ethionine-induced fatty liver that was correlated with the no-increase of the hepatic LPL activity.

The imidazoline receptors and the central regulation of the arterial blood pressure: a minireview

Recently, we proposed the hypothesis according to wich the central hypotensive effect of clonidine and related substances could be related to an action upon specific receptors, requiring the imidazoline or imidazoline-like structures, rather than alpha2-adrenoceptors. Since then, direct evidences have been accumulated to confirm the existence of a population of imidazoline specific binding sites in the brainstem of animals and man, more precisely in the Nucleus Reticularis Lateralis (NRL) region of the ventrolateral medulla (VLM), site of the antihypertensive action of clonidine. The purification of the putative endogenous ligand of the imidazoline receptors - named endazoline - is currently being attempted from human brain extracts. This new concept might at last lead to the expected dissociation of the pharmacological mechanisms involved, on the one hand, in the therapeutic antihypertensive effect, and on the other, in their major side-effect, which is sedation. In fact, it has been recently confirmed that hypotension is mediated by the activation of imidazoline preferring receptors (IPR) within the NRL region, while sedation is attributed to the inhibition of alpha2-adrenergic mechanisms in the locus coeruleus, which is involved in the control of the sleep-waking cycle. The IPRmay constitute on interesting target for new drugs in the treatment of arterial hypertension. Finally, dysfunctions of this modulatory system which could be involved in the pathophysiologyof some forms of the hypertensive disease are under investigation.

Mechanism of action of Bacillus thuringiensis toxins

The selectivity of Bacillus thuringiensis toxins is determined both by the toxin structure and by factors inherent to the insect. These toxins contain distinct domains that appear to be functionally important in toxin binding to protein receptors in the midgut of susceptible insects, and the subsequent formation of a pore in the insect midgut epithelium. In this article features necessary for the insecticidal activity of these toxins are discussed. These include toxin structure, toxin processing in the insect midgut, the identification of toxin receptors in susceptible insects, and toxin pore formation in midgut cells. In addition a number of B. thuringiensis toxins act synergistically to exert their full insecticidal activity. This synergistic action is critical not only for expressing the insecticidal activity of these toxins, but could also play a role in delaying the onset of insect resistance.

Biochemistry and mode of action of the Bacillus sphaericus toxins

Bacillus sphaericus produces at least two toxins which are highly toxic to mosquito larvae. The binary toxin, which is comprised of proteins of 51.4 and 41.9 kDa, is present in all highly insecticidal strains. The 100 kDa SSII-1 toxin is present in most highly insecticidal as well as the weakly insecticidal strains. The current status of studies on biochemistry and mode of action of these toxins is reviewed.

INTERCELLULAR AND SYSTEM-LEVEL ASPECTS OF THE METABOLIC INTERACTIONS BETWEEN NEURONS AND GLIA

Quand on parle de l'acide lactique (aussi connu sous le nom de lactate) une des premières choses qui vient à l'esprit, c'est son implication en cas d'intense activité musculaire. Sa production pendant une activité physique prolongée est associée avec la sensation de fatigue. Il n'est donc pas étonnant que cette molécule ait été longtemps considérée comme un résidu du métabolisme, possiblement toxique et donc à éliminer. En fait, il a été découvert que le lactate joue un rôle prépondérant dans le métabolisme grâce à son fort potentiel énergétique. Le cerveau, en particulier les neurones qui le composent, est un organe très gourmand en énergie. Récemment, il a été démontré que les astrocytes, cellules du cerveau faisant partie de la famille des cellules gliales, utilisent le glucose pour produire du lactate comme source d'énergie et le distribue aux neurones de manière adaptée à leur activité. Cette découverte a renouvelé l'intérêt scientifique pour le lactate. Aujourd'hui, plusieurs études ont démontré l'implication du lactate dans d'autres fonctions de la physiologie cérébrale. Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes intéressés au rapport entre neurones et astrocytes avec une attention particulière pour le rôle du lactate. Nous avons découvert que le lactate possède la capacité de modifier la communication entre les neurones. Nous avons aussi décrypté le mécanisme grâce auquel le lactate agit, qui est basé sur un récepteur présent à la surface des neurones. Cette étude montre une fonction jusque-là insoupçonnée du lactate qui a un fort impact sur la compréhension de la relation entre neurones et astrocytes. - Relatively to its volume, the brain uses a large amount of glucose as energy source. Furthermore, a tight link exists between the level of synaptic activity and the consumption of energy equivalents. Astrocytes have been shown to play a central role in the regulation of this so-called neurometabolic coupling. They are thought to deliver the metabolic substrate lactate to neurons in register to glutamatergic activity. The astrocytic uptake of glutamate, released in the synaptic cleft, is the trigger signal that activates an intracellular cascade of events that leads to the production and release of lactate from astrocytes. The main goal of this thesis work was to obtain detailed information on the metabolic and functional interplay between neurons and astrocytes, in particular on the influence of lactate besides its metabolic effects. To gain access to both spatial and temporal aspects of these dynamic interactions, we used optical microscopy associated with specific fluorescent indicators, as well as electrophysiology. In the first part of this thesis, we show that lactate decreases spontaneous neuronal, activity in a concentration-dependent manner and independently of its metabolism. We further identified a receptor-mediated pathway underlying this modulatory action of lactate. This finding constituted a novel mechanism for the modulation of neuronal transmission by lactate. In the second part, we have undergone a characterization of a new pharmacological tool, a high affinity glutamate transporter inhibitor. The finality of this study was to investigate the detailed pharmacological properties of the compound to optimize its use as a suppressor of glutamate signal from neuron to astrocytes. In conclusion, both studies have implications not only for the understanding of the metabolic cooperation between neurons and astrocytes, but also in the context of the glial modulation of neuronal activity. - Par rapport à son volume, le cerveau utilise une quantité massive de glucose comme source d'énergie. De plus, la consommation d'équivalents énergétiques est étroitement liée au niveau d'activité synaptique. Il a été montré que dans ce couplage neurométabolique, un rôle central est joué par les astrocytes. Ces cellules fournissent le lactate, un substrat métabolique, aux neurones de manière adaptée à leur activité glutamatergique. Plus précisément, le glutamate libéré dans la fente synaptique par les neurones, est récupéré par les astrocytes et déclenche ainsi une cascade d'événements intracellulaires qui conduit à la production et libération de lactate. Les travaux de cette thèse ont visé à étudier la relation métabolique et fonctionnelle entre neurones et astrocytes, avec une attention particulière pour des rôles que pourrait avoir le lactate au-delà de sa fonction métabolique. Pour étudier les aspects spatio-temporels de ces interactions dynamiques, nous avons utilisé à la fois la microscopie optique associée à des indicateurs fluorescents spécifiques, ainsi que l'électrophysiologie. Dans la première partie de cette thèse, nous montrons que le lactate diminue l'activité neuronale spontanée de façon concentration-dépendante et indépendamment de son métabolisme. Nous avons identifié l'implication d'un récepteur neuronal au lactate qui sous-tend ce mécanisme de régulation. La découverte de cette signalisation via le lactate constitue un mode d'interaction supplémentaire et nouveau entre neurones et astrocytes. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé un outil pharmacologique, un inhibiteur des transporteurs du glutamate à haute affinité. Le but de cette étude était d'obtenir un agent pharmacologique capable d'interrompre spécifiquement le signal médié par le glutamate entre neurones et astrocytes pouvant permettre de mieux comprendre leur relation. En conclusion, ces études ont une implication non seulement pour la compréhension de la coopération entre neurones et astrocytes mais aussi dans le contexte de la modulation de l'activité neuronale par les cellules gliales.

Potassium channel alterations mediate peripheral nerve hyperexcitability in a mouse model of type 2 diabetes mellitus

Diabetes mellitus (DM) is a major cause of peripheral neuropathy. More than 220 million people worldwide suffer from type 2 DM, which will, in approximately half of them, lead to the development of diabetic peripheral neuropathy. While of significant medical importance, the pathophysiological changes present in DPN are still poorly understood. To get more insight into DPN associated with type 2 DM, we decided to use the rodent model of this form of diabetes, the db/db mice. During the in-vivo conduction velocity studies on these animals, we observed the presence of multiple spiking followed by a single stimulation. This prompted us to evaluate the excitability properties of db/db peripheral nerves. Ex-vivo electrophysiological evaluation revealed a significant increase in the excitability of db/db sciatic nerves. While the shape and kinetics of the compound action potential of db/db nerves were the same as for control nerves, we observed an increase in the after-hyperpolarization phase (AHP) under diabetic conditions. Using pharmacological inhibitors we demonstrated that both the peripheral nerve hyperexcitability (PNH) and the increased AHP were mostly mediated by the decreased activity of Kv1-channels. Importantly, we corroborated these data at the molecular level. We observed a strong reduction of Kv1.2 channel presence in the juxtaparanodal regions of teased fibers in db/db mice as compared to control mice. Quantification of the amount of both Kv1.2 isoforms in DRG neurons and in the endoneurial compartment of peripheral nerve by Western blotting revealed that less mature Kv1.2 was integrated into the axonal membranes at the juxtaparanodes. Our observation that peripheral nerve hyperexcitability present in db/db mice is at least in part a consequence of changes in potassium channel distribution suggests that the same mechanism also mediates PNH in diabetic patients. ∗Current address: Department of Physiology, UCSF, San Francisco, CA, USA.