Métabolisme d'antidépresseurs dans différentes espèces : aspects méthodologiques et pharmacogénétiques, perspectives cliniques

Résumé pour large public Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne Lors de la prise d'un médicament, celui-ci va passer par différentes étapes que sont l'absorption, la distribution, le métabolisme et enfin l'élimination. Ces quatre étapes sont regroupées sous le nom de pharmacocinétique. A noter que ces quatre paramètres sont dynamiques et en constante évolution. Durant cette thèse, nous avons investigué différents aspects de la pharmacocinétique, tout d'abord par une revue de la littérature sur la glycoprotéine-P (Pgp). Récemment découverte, cette protéine de membrane est située aux endroits stratégiques de l'organisme comme la barrière hématoencéphalée, le placenta ou les intestins où elle influencera l'entrée de différentes substances, en particulier les médicaments. La Pgp serait impliquée dans les phénomènes de résistances aux agents thérapeutiques en oncologie. La Pgp influence donc l'absorption des médicaments, et son impact en clinique, en termes d'efficacité de traitement et de toxicité prend chaque jour plus d'importance. Ensuite nous avons mis au point une méthode d'analyse quantitative d'un antidépresseur d'une nouvelle génération : la mirtazapine (Remeron®). La nouveauté réside dans la façon dont la mirtazapine interagit avec les neurotransmetteurs impliqués dans la dépression que sont la sérotonine et la noradrénaline. Cette méthode utilise la chromatographie liquide pour séparer la mirtazapine de ses principaux métabolites dans le sang. La spectrométrie de masse est utilisée pour les détecter et les quantifier. Les métabolites sont des substances issues de réactions chimiques entre la substance mère, la mirtazapine, et généralement des enzymes hépatiques, dans le but de rendre cette substance plus soluble en vue de son élimination. Cette méthode permet de quantifier la mirtazapine et ses métabolites dans le sang de patients traités et de déterminer la variation des taux plasmatiques chez ces patients. Puis nous avons étudié le métabolisme d'un autre antidépresseur, le citalopram, qui a un métabolisme complexe. Le citalopram est un racémate, c'est-à-dire qu'il existe sous forme de deux entités chimiques (R-(-) et S-(+) citalopram) qui ont le même nombre d'éléments mais arrangés différemment dans l'espace. La voie métabolique cérébrale du citalopram est sous le contrôle d'une enzyme, la monoamine oxydase (MAO), conduisant à une forme acide du citalopram (l'acide propionique du citalopram). La MAO existe sous deux formes : MAO-A et MAO-B. Nous avons utilisé des souris déficientes d'un gène, celui de la MAO-A, pour mieux en comprendre le métabolisme en les comparants à des souris sauvages (sans déficience de ce gène). Nous avons utilisé le citalopram et deux de ses métabolites (le déméthylcitaloprarn et le didéméthyícitalopram) comme substrats pour tester la formation in vitro de l'acide propionique du citalopram. Nos résultats montrent que la MAO-A favorise la formation de l'entité R-(-) et présente une plus grande affinité pour le citalopram, tandis que la MAO-B métabolise préférentiellement l'entité S-(+) et a une plus grande affinité pour les deux métabolites déméthylés. De plus, la déficience en MAO-A est partiellement compensée parla MAO-B chez les souris déficientes du gène de la MAO-A. Enfin, nous avons étudié une deuxième voie métabolique du citalopram qui s'est avérée toxique chez le chien Beagle. Celle-ci est catalysée par une autre famille d'enzymes, les cytochromes P-450, et mène aux métabolites déméthylés et didéméthylés du citalopram. Nous avons utilisé des tissus hépatiques de chiens Beagle. Plusieurs cytochromes P-450 sont impliqués dans le métabolisme du citalopram menant à sa forme déméthylée, ceci tant chez l'homme que chez le chien. Par contre, dans le métabolisme de la forme déméthylée menant à 1a forme didéméthylée, un seul cytochrome P-450 serait impliqué chez l'Homme, tandis qu'ils seraient plusieurs chez le chien. L'activité enzymatique produisant la forme didéméthylée est beaucoup plus importante chez le chien comparé à l'homme. Cette observation soutien l'hypothèse que des taux élevés de la forme didéméthylée participent à la toxicité spécifique du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant que les enzymes peuvent être stimulées ou inhibées, il importe de pouvoir suivre au plus prés les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Résumé Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne La plupart des médicaments subissent une transformation enzymatique dans l'organisme. Les substances issues de cette métabolisation ne sont pas toujours dotées d'une activité pharmacologique. Il s'est avéré par conséquent indispensable de suivre les taux plasmatiques d'une substance et de ses métabolites et d'établir ou non l'existence d'une relation avec l'effet clinique observé. Ce concept nommé « therapeutic drag monitoring » (TDM) est particulièrement utile en psychiatrie ou un manque de compliance des patients est fréquemment observé. Les médicaments psychotropes ont un métabolisme principalement hépatique (cytochromes P-450) et parfois cérébral (monoamines oxydases), comme pour le citalopram par exemple. Une méthode stéréosélective de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse a été développée pour analyser les énantiomères R-(-) et S-(+) d'un antidépresseur agissant sur les récepteurs noradrénergiques et sérotoninergiques, la mirtazapine et de ses métabolites déméthylmirtazapine et 8-hydroxymirtazapine. Les données préliminaires obtenues dans les plasmas dosés suggèrent que les concentrations de R-(-)-mirtazapine sont plus élevées que celles de S-(+)-mirtazapine, à l'exception des patients qui auraient comme co-médication des inhibiteurs du CYP2D6, telle que la fluoxétine ou la thioridazine. Il y a une enantiosélectivité du métabolisme de la mirtazapine. En particulier pour la 8-hydroxymirtazapine qui est glucuroconjuguée et pour laquelle le ratio S/R varie considérablement. Cette méthode analytique présente l'avantage d'être utilisable pour le dosage stéréosélectif de la mirtazapine et de ses métabolites dans le plasma de patients ayant d'autres substances en co-médication. La glycoprotéine P fonctionne comme une pompe transmembranaire transportant les xénobiotiques depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Son induction et son inhibition, bien que moins étudiées que pour les cytochromes P-450, ont des implications cliniques importantes en termes d'efficacité de traitement et de toxicité. Cette glycoprotéine P a fait l'objet d'une recherche bibliographique. Nous avons étudié le métabolisme du citalopram, un antidépresseur de la classe des inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine chez la souris et chez le chien. Cette substance subit un métabolisme complexe. La voie de métabolisation conduisant à la formation de l'acide propionique du citalopram, catalysée par les monoamines oxydases, a été étudiée in vitro dans les mitochondries cérébrales chez la souris déficiente du gène de la MAO-A (Tg8). La monoamine oxydase A catalyse la formation de l'énantiomère R-(-) et présente une plus grande affinité pour les amines tertiaires, tandis que la monoamine oxydase B favorise la formation de la forme S-(+) et a une affinité plus marquée pour les amines secondaires et primaires. L'étude du citalopram chez la souris Tg8 adulte a montré que la monoamine oxydase B compense la déficience de la monoamine oxydase A chez ces souris génétiquement modifiées. Une autre voie de métabolisation du citalopram conduisant à la formation de didéméthylcitalopram, catalysée par les cytochromes P-450, a été étudiée in vitro dans des microsomes hépatiques de chiens Beagle. Nos études ont montré que les cinétiques de N-déméthylation du citalopram sont biphasiques chez le chien. Les orthologues canins impliqués dans la première N-déméthylation semblent être identiques aux cytochromes P-450 humains. Par contre, dans la deuxième Ndéméthylation, un seul cytochrome P-450 semble être impliqué chez l'homme (CYP2D6), tandis qu'on retrouve jusqu'à cinq orthologues chez le chien. Le CYP2D15, orthologue canin du CYP2D6, est majoritairement impliqué. De plus, l'activité enzymatique, reflétée par les clairances intrinsèques, dans la première N-déméthylation est jusqu'à 45 fois plus élevée chez le chien comparé à l'homme. Ces différentes observations soutiennent l'hypothèse que des taux élevés de didéméthylcitalopram sont responsables de la toxicité du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant -que les enzymes peuvent être induits ou inhibés, il importe de pouvoir suivre au plus près les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Summary Most of the drugs are metabolized in the organism. Substances issued from this metabolic activity do not always show a pharmacological activity. Therefore, it is necessary to monitor plasmatic levels of drugs and their metabolites, and establish the relationship with the clinical effect. This concept named therapeutic drug monitoring is very useful in psychiatry where lack of compliance is commonly observed. Antidepressants are mainly metabolized in the liver (cytochrome P-450) and sometimes in the brain (monoamine oxidase) like the citalopram, for exemple. A LC-MS method was developed, which allows the simultaneous analysis of R-(-) and S-(+) enantiomers of mirtazapine, an antidepressant acting specifically on noradrenergic and serotonergic receptors, and its metabolites demethylmirtazapine and 8-hydroxymirtazapine in plasma of mirtazapine treated patients. Preliminary data obtained suggested that R-(-) mirtazapine concentrations were higher than those of S-(+) mirtazapine, except in patients comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine or thioridazine. There is an enantioselectivity in the metabolism of mirtazapine. In particular for the 8-hydroxymirtazapine, which is glucuroconjugated and S/R ratio varies considerably. Therefore this method seems to be suitable for the stereoselective assay of mirtazapine and its metabolites in plasma of patients comedicated with mirtazapine and other drugs for routine and research purposes. P-glycoprotein is working as an efflux transporter of xenobiotics from intracellular to extracellular environment. Its induction or inhibition, although less studied than cytochrome P-450, has huge clinical implications in terms of treatment efficacy and toxicity. An extensive literature search on P-glycoprotein was performed as part of this thesis. The study of citalopram metabolism, an antidepressant belonging to the class of selective serotonin reuptake inhibitors. This substance undergoes a complex metabolism. First metabolization route leading to citalopram propionic acid, catalyzed by monoamine oxidase was studied in vitro in mice brain mitochondria. Monoamine oxidase A catalyzed the formation of R-(-) enantiomer and showed greater affinity for tertiary amines, whereas monoamine oxidase B triggered the formation of S-(+) enantiomer and demonstrated higher affinity for primary and secondary amines. citalopram evaluation in adult Tg8 mice showed that monoamine oxidase B compensated monoamine oxidase A deficiency in those genetically transformed mice. The second metabolization route of citalopram leading to didemethylcitalopram and catalyzed by cytochrome P-450 was studied in vitro in Beagle dog's livers. Our results showed that citalopram N-demethylation kinetics are biphasic in dogs. Canine orthologs involved in the first N-demethylation seemed to be identical to human cytochromes P-450. However, in the second N-demethylation only one cytochrome P-450 seemed to be involved in human (CYP2D6), whereas up to five canine orthologs were found in dogs. CYP2D15 canine ortholog of CYP2D6 was mainly involved. In addition, enzymatic activity reflected by intrinsic clearance in the first N-demethylation was up to 45 fold higher in dogs compared to humans. Those observations support the assumption that elevated rates of didemethylcitalopram are responsible for citalopram toxicity in dogs. We can conclude that several enzymes groups are involved in the brain, as well as in the liver, in antidepressant metabolization. Knowing that enzymes may be induced or inhibited, it makes sense to closely monitor plasmatic levels of antidepressants and their metabolites.

Effects of prolonged ethanol intake and malnutrition on rat pancreas

Nutritional factors, especially the protein and fat content of the diet, may change pancreatic morphology after ethanol induced injury. This study was performed to delineate the combined effects of a low fat diet and longterm ethanol ingestion on the rat pancreas. Male Sprague-Dawley rats were maintained with five different diets for 12 weeks and the pancreas removed on the day they were killed. Rats fed a very low fat diet without ethanol (5% of total calories as lipid) developed malnutrition, pancreatic steatosis, and reduction in zymogen granules content. Animals fed a 35% lipid diet with ethanol also developed pancreatic steatosis but changes in zymogen granules content were not detected. Both malnutrition and longterm ethanol consumption increased pancreatic cholesterol ester content, and their effects were additive. Pancreatic steatosis was accompanied with hypercholesterolaemia. Amylase, lipase, and cholesterol esterase content were reduced in malnourished rats; but longterm ethanol ingestion, regardless of the nutritional state, increased lipase content and decreased amylase. It is suggested that high serum cholesterol concentrations and increased pancreatic lipase activity could cause accumulation of cholesterol esters in acinar cells. Fat accumulation in the pancreas has been reported as the earliest histopathological feature in alcoholic patients and may be responsible for cytotoxic effects on the acinar cells at the level of the cell membrane. Although it is difficult to extrapolate results in this animal study to the human situation, the results presented in this work might explain the higher incidence of pancreatitis is malnourished populations as well as in alcoholic subjects that is reported in dietary surveys.

Effects of prolonged ethanol intake and malnutrition on rat pancreas

Nutritional factors, especially the protein and fat content of the diet, may change pancreatic morphology after ethanol induced injury. This study was performed to delineate the combined effects of a low fat diet and longterm ethanol ingestion on the rat pancreas. Male Sprague-Dawley rats were maintained with five different diets for 12 weeks and the pancreas removed on the day they were killed. Rats fed a very low fat diet without ethanol (5% of total calories as lipid) developed malnutrition, pancreatic steatosis, and reduction in zymogen granules content. Animals fed a 35% lipid diet with ethanol also developed pancreatic steatosis but changes in zymogen granules content were not detected. Both malnutrition and longterm ethanol consumption increased pancreatic cholesterol ester content, and their effects were additive. Pancreatic steatosis was accompanied with hypercholesterolaemia. Amylase, lipase, and cholesterol esterase content were reduced in malnourished rats; but longterm ethanol ingestion, regardless of the nutritional state, increased lipase content and decreased amylase. It is suggested that high serum cholesterol concentrations and increased pancreatic lipase activity could cause accumulation of cholesterol esters in acinar cells. Fat accumulation in the pancreas has been reported as the earliest histopathological feature in alcoholic patients and may be responsible for cytotoxic effects on the acinar cells at the level of the cell membrane. Although it is difficult to extrapolate results in this animal study to the human situation, the results presented in this work might explain the higher incidence of pancreatitis is malnourished populations as well as in alcoholic subjects that is reported in dietary surveys.

Effects of prolonged ethanol intake and malnutrition on rat pancreas

Nutritional factors, especially the protein and fat content of the diet, may change pancreatic morphology after ethanol induced injury. This study was performed to delineate the combined effects of a low fat diet and longterm ethanol ingestion on the rat pancreas. Male Sprague-Dawley rats were maintained with five different diets for 12 weeks and the pancreas removed on the day they were killed. Rats fed a very low fat diet without ethanol (5% of total calories as lipid) developed malnutrition, pancreatic steatosis, and reduction in zymogen granules content. Animals fed a 35% lipid diet with ethanol also developed pancreatic steatosis but changes in zymogen granules content were not detected. Both malnutrition and longterm ethanol consumption increased pancreatic cholesterol ester content, and their effects were additive. Pancreatic steatosis was accompanied with hypercholesterolaemia. Amylase, lipase, and cholesterol esterase content were reduced in malnourished rats; but longterm ethanol ingestion, regardless of the nutritional state, increased lipase content and decreased amylase. It is suggested that high serum cholesterol concentrations and increased pancreatic lipase activity could cause accumulation of cholesterol esters in acinar cells. Fat accumulation in the pancreas has been reported as the earliest histopathological feature in alcoholic patients and may be responsible for cytotoxic effects on the acinar cells at the level of the cell membrane. Although it is difficult to extrapolate results in this animal study to the human situation, the results presented in this work might explain the higher incidence of pancreatitis is malnourished populations as well as in alcoholic subjects that is reported in dietary surveys.

Effects of prolonged ethanol intake and malnutrition on rat pancreas

Nutritional factors, especially the protein and fat content of the diet, may change pancreatic morphology after ethanol induced injury. This study was performed to delineate the combined effects of a low fat diet and longterm ethanol ingestion on the rat pancreas. Male Sprague-Dawley rats were maintained with five different diets for 12 weeks and the pancreas removed on the day they were killed. Rats fed a very low fat diet without ethanol (5% of total calories as lipid) developed malnutrition, pancreatic steatosis, and reduction in zymogen granules content. Animals fed a 35% lipid diet with ethanol also developed pancreatic steatosis but changes in zymogen granules content were not detected. Both malnutrition and longterm ethanol consumption increased pancreatic cholesterol ester content, and their effects were additive. Pancreatic steatosis was accompanied with hypercholesterolaemia. Amylase, lipase, and cholesterol esterase content were reduced in malnourished rats; but longterm ethanol ingestion, regardless of the nutritional state, increased lipase content and decreased amylase. It is suggested that high serum cholesterol concentrations and increased pancreatic lipase activity could cause accumulation of cholesterol esters in acinar cells. Fat accumulation in the pancreas has been reported as the earliest histopathological feature in alcoholic patients and may be responsible for cytotoxic effects on the acinar cells at the level of the cell membrane. Although it is difficult to extrapolate results in this animal study to the human situation, the results presented in this work might explain the higher incidence of pancreatitis is malnourished populations as well as in alcoholic subjects that is reported in dietary surveys.

Ligand binding to heparan sulfate proteoglycans induces their aggregation and distribution along actin cytoskeleton

Cell surface heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) participate in molecular events that regulate cell adhesion, migration, and proliferation. The present study demonstrates that soluble heparin-binding proteins or cross-linking antibodies induce the aggregation of cell surface HSPGs and their distribution along underlying actin filaments. Immunofluorescence and confocal microscopy and immunogold and electron microscopy indicate that, in the absence of ligands, HSPGs are irregularly distributed on the fibroblast cell surface, without any apparent codistribution with the actin cytoskeleton. In the presence of ligand (lipoprotein lipase) or antibodies against heparan sulfate, HSPGs aggregate and colocalize with the actin cytoskeleton. Triton X-100 extraction and immunoelectron microscopy have demonstrated that in this condition HSPGs were clustered and associated with the actin filaments. Crosslinking experiments that use biotinylated lipoprotein lipase have revealed three major proteoglycans as binding sites at the fibroblast cell surface. These cross-linked proteoglycans appeared in the Triton X-100 insoluble fraction. Platinum/carbon replicas of the fibroblast surface incubated either with lipoprotein lipase or antiheparan sulfate showed large aggregates of HSPGs regularly distributed along cytoplasmic fibers. Quantification of the spacing between HSPGs by confocal microscopy confirmed that the nonrandom distribution of HSPG aggregates along the actin cytoskeleton was induced by ligand binding. When cells were incubated either with lipoprotein lipase or antibodies against heparan sulfate, the distance between immunofluorescence spots was uniform. In contrast, the spacing between HSPGs on fixed cells not incubated with ligand was more variable. This highly organized spatial relationship between actin and proteoglycans suggests that cortical actin filaments could organize the molecular machinery involved in signal transduction and molecular movements on the cell surface that are triggered by heparin-binding proteins.

Post-transcriptional regulation of circadian gene expression by miRNAs

La grande majorité des organismes vivants ont développé un système d'horloges biologiques internes, appelées aussi horloges circadiennes, contrôlant l'expression de gênes impliqués dans de nombreux processus moléculaires et comportementaux. Au cours de la dernière décennie, des analyses « microarray » et séquençages à haut débit sur divers tissus de mammifères, indiquent que jusqu'à 20% du transcriptome serait sous contrôle circadien. Il était jusqu'à présent admis que la majorité des ARNm ayant une accumulation rythmique était générée par une transcription qui était elle-même rythmique. Toutefois, de récentes études ont suggéré qu'une proportion considérable des ARNm cycliques serait en fait générée par des mécanismes post-transcriptionnelles, incluant une régulation par micro-ARN (miARN). Lorsque j'ai débuté mon travail de thèse, l'influence des miARN sur l'expression des gènes circadiens, au niveau pangénomique, était encore méconnue. Par l'utilisation d'un modèle murin, dont la biogenèse des miARN a été spécifiquement désactivée au niveau des cellules hépatiques (knockout conditionnel pour Dicer), je me suis donc intéressée au rôle que jouaient ces molécules régulatrices sur la rythmicité de l'expression génique dans le foie. Des séquençages sur l'ensemble du transcriptome révèlent que l'horloge interne du foie est étonnement résistante à la perte totale des miARN. Nous avons cependant trouvé que les miARN agissent de façon importante sur la régulation de l'expression des gènes contrôlés par l'horloge moléculaire. La corégulation par les miARN, affectant jusqu'à 30% des gènes transcrits de façon rythmiques, conduit ainsi à une modulation de phase et d'amplitude du rythme de l'abondance des ARNm. En revanche, seuls peu de transcrits dépendent uniquement des miARN pour la rythmicité de leur accumulation. Enfin, mon travail met en évidence plusieurs miARN spécifiques, qui semblent préférentiellement moduler l'expression des gènes cycliques et permet l'identification de voies hépatiques particulièrement sujettes à une double régulation par les miARN et l'horloge biologique interne. La première masse d'analyses a essentiellement porté sur le rôle que jouent les miARN au niveau de l'expression des gènes contrôlés par l'horloge interne. Dans deux études de suivi, je me suis penchée sur deux aspects supplémentaires et complémentaires de la manière dont les miARN et l'oscillation de l'expression des gènes interagissent. Dans les hépatocytes murins, spécifiquement privés de Dicer, je me suis demandée si un phénotype horloge avait pu être masqué, dû à un entraînement stable de l'horloge du foie par l'horloge maîtresse du cerveau. J'ai donc commencé une série d'expériences ambitieuses (impliquant la mesure de la rythmicité du foie in vivo, chez l'animal vivant) afin de déséquilibrer l'entrainement de l'horloge hépatique via l'utilisation d'un protocole nutritionnel spécifique. Les premiers résultats suggèrent que dans des conditions où l'animal subit une restriction alimentaire pendant la journée, les miARN sont importants dans la cinétique d'adaptation des organes périphériques à un nouvel horaire de sustentation. Dans une deuxième ligne de recherche, j'ai plus profondément étudié quels seraient les miARN responsables des rythmes post-transcriptionnels des ARNm, en utilisant le séquençage de « small » ARN sur 24h. L'analyse est en cours et se poursuivra après l'obtention de mon diplôme. De façon générale, mon travail révèle d'importants et nouveaux rôles des miARN dans la modulation de l'expression circadienne des gènes hépatiques. De plus, le set de données générées dans l'étude déjà publiée, peut dorénavant servir de ressource valable pour de prochaines investigations sur le rôle physiologique que les miARN jouent au niveau du foie. -- Most living organisms have developed internal timing systems, called circadian clocks, to drive the rhythmic expression of genes involved in many molecular and behavioral processes. Over the last decade, microarray analyses and high- throughput sequencing from various mammalian tissues have indicated that up to 20% of the transcriptome are under circadian control. It was generally assumed that the majority of rhythmic mRNA accumulation is generated by rhythmic transcription. However, recent studies have suggested that a considerable proportion of mRNA cycling may actually be generated by post-transcriptional mechanisms, including by microRNAs. When I started my thesis work, it was still unknown how miRNAs influence circadian gene expression in a genome-wide fashion. Using a mouse model in which miRNA biogenesis can be inactivated in hepatocytes (conditional Dicer knockout mouse), I have thus addressed the role that these regulatory molecules play in rhythmic gene expression in the liver. Whole transcriptome sequencing revealed that the hepatic core clock was surprisingly resilient to total miRNA loss. However, we found that miRNAs acted as important regulators of clock-controlled gene expression. Co- regulation by miRNAs, which affected up to 30% of rhythmically transcribed genes, thus led to the modulation of phases and amplitudes of mRNA abundance rhythms. By contrast, only very few transcripts were strictly dependent on miRNAs for their rhythmic accumulation. Finally, my work highlights several specific miRNAs that appear to preferentially modulate cyclic gene expression, and identifies pathways in the liver that are particularly prone to dual regulation through miRNAs and the clock. The first bulk of analyses mainly dealt with the role that miRNAs play at the level of rhythmic clock output gene expression. In two follow-up studies I further delved into two additional, complementary aspects of how miRNAs and gene expression oscillations interact. First, I addressed whether a core clock phenotype in the hepatocyte-specific Dicer knockout could have been masked due to the stable entrainment of the liver clock by the animals' master clock in the brain. I thus started a series of ambitious experiments (involving the in vivo recording of liver rhythms in live animals) to bring the stable entrainment of the liver clock out of equilibrium using specific feeding protocols. My first results suggest that under conditions when animals are challenged by food restriction to daytime, miRNAs are important for the kinetics of adapting to unusual mealtime in peripheral tissue. In a second line of research, I have more carefully investigated which miRNAs are responsible for post- transcriptional mRNA rhythms using small RNA sequencing around-the-clock. The analyses are ongoing and will be continued after my graduation. Overall, my work uncovered important and novel roles of miRNA activity in shaping hepatic circadian gene expression; moreover, the datasets collect in the published studies can serve as a valuable resource for further investigations into the physiological roles that miRNAs play in liver. -- L'alternance du jour et de la nuit dirige depuis longtemps la vie quotidienne des êtres humains et de la plupart des organismes sur terre. Ce cycle de 24 heures façonne beaucoup de changements comportementaux et physiologiques tels que la vigilance, la température corporelle et le sommeil. Les rythmes journaliers, appelés rythmes circadiens, sont dirigés par des horloges biologiques tournant dans presque chaque cellule du corps. Une structure dans le cerveau agit en tant qu'horloge maitresse pour synchroniser les horloges internes entre elles et en fonction des signaux de jour/nuit extérieurs. Dans les cellules "les gènes de l'horloge" sont activés et désactivés une fois par jour ce qui déclenche des cycles dans lesquels des protéines sont produites de manière circadienne. Ces rythmes protéiques sont spécialisés pour chaque tissu ou organe et peuvent les aider à réaliser leurs tâches quotidiennes. Les rythmes circadiens peuvent être générés d'autres manières n'impliquant pas directement les composants des gènes de l'horloge. Les ARN messagers (ARNm) sont des molécules intermédiaires dans la production de protéines à partir d'ADN. Dans le foie des souris jusqu'à 20% des molécules d'ARNm sont produites suivant des rythmes circadiens. Le foie réalise des tâches essentielles dans le contrôle du métabolisme incluant celui des hydrates de carbone, des graisses et du cholestérol. Un timing précis est important afin de traiter les substances nutritives correctement lors des repas il en résulte une variation des quantités de certains ARNm et protéines coïncidant avec les repas. Les microARNs constituent une autre classe de molécules ARN de très petite taille qui régulent l'efficacité de traduction des ARNm en protéines et la stabilité des ARNm. Lors de mon travail de thèse, j'ai exploré de manière approfondie l'influence de ces petits régulateurs sur les rythmes circadiens du foie de souris. Ces expériences qui impliquaient le "Knock-out" d'un gène essentiel à la production de microARNs montrent qu'au lieu de générer les rythmes des ARNm, les microARNs les ajustent pour répondre aux besoins spécifiques du foie comme assurer leur pic au bon moment de la journée. Le ciblage de microARNs spécifiques peut révéler de nouvelles stratégies pour rectifier ces rythmes lorsque par exemple les fonctions métaboliques ne fonctionnent plus normalement. -- The rising and setting of the sun have long driven the daily schedules of humans and most organisms on the earth. This 24-hr cycle shapes many behavioural and physiological changes, such as alertness, body temperature, and sleep. These daily rhythms, which are called circadian rhythms, are dictated by biological clocks that are ticking in almost every single cell of the body. A region in the brain acts as a master clock to synchronize the internal clocks with each other and with the outside light/dark cycles. In cells, "core clock genes" are turned on and off once per day, which triggers cycles that cause some proteins to be produced in a circadian manner. The protein rhythms are specialized to a particular tissue or organ, and may help them to carry out their designated daily tasks. However, circadian rhythms might also be produced by other ways that do not involve these core clock components. Messenger RNAs (mRNAs) are intermediate molecules in the production of proteins from DNA. In the mouse liver, up to 20% of mRNA molecules are produced in circadian cycles. The liver performs essential tasks that control metabolism-including that of carbohydrates, fats, and cholesterol. Precisely timing when certain mRNAs and proteins reach peaks and troughs in their activities to coincide with mealtimes is important for nutrients to be properly processed. Other RNA molecules called microRNAs, i.e. RNAs of very small size, regulate at which rate mRNA molecules are translated into proteins. In my thesis work, I have explored at the influence of these small regulators on circadian rhythms in the mouse liver in greater detail. These experiments, which involved "knocking out" a gene that is essential for the production of microRNAs, show that rather than generating the mRNA rhythms, the microRNAs appear to adjust them to meet the specific needs of the liver, such as ensuring that they peak at the right time-of-day. Targeting specific microRNA molecules may reveal new strategies to tweak these rhythms, which could help to improve conditions when metabolic functions go wrong.

Fast and economic immobilization methods described for non-commercial Pseudomonas lipases

There is an increasing interest to seek new enzyme preparations for the development of new products derived from bioprocesses to obtain alternative bio-based materials. In this context, four non-commercial lipases from Pseudomonas species were prepared, immobilized on different low-cost supports, and examined for potential biotechnological applications. Results: To reduce costs of eventual scaling-up, the new lipases were obtained directly from crude cell extracts or from growth culture supernatants, and immobilized by simple adsorption on Accurel EP100, Accurel MP1000 and Celite (R) 545. The enzymes evaluated were LipA and LipC from Pseudomonas sp. 42A2, a thermostable mutant of LipC, and LipI. 3 from Pseudomonas CR611, which were produced in either homologous or heterologous hosts. Best immobilization results were obtained on Accurel EP100 for LipA and on Accurel MP1000 for LipC and its thermostable variant. Lip I. 3, requiring a refolding step, was poorly immobilized on all supports tested ( best results for Accurel MP1000). To test the behavior of immobilized lipases, they were assayed in triolein transesterification, where the best results were observed for lipases immobilized on Accurel MP1000. Conclusions: The suggested protocol does not require protein purification and uses crude enzymes immobilized by a fast adsorption technique on low-cost supports, which makes the method suitable for an eventual scaling up aimed at biotechnological applications. Therefore, a fast, simple and economic method for lipase preparation and immobilization has been set up. The low price of the supports tested and the simplicity of the procedure, skipping the tedious and expensive purification steps, will contribute to cost reduction in biotechnological lipase-catalyzed processes.

O emprego de lipases como agentes de resolução cinética de enantiômeros em síntese orgânica: aspectos gerais sobre a influência do solvente

In organic synthesis, lipases are the most frequently used biocatalysts. They are efficient stereoselective catalysts in the kinetic resolution of a wide variety of chiral compounds. The discovery that enzymes possess catalytic activity in organic solvents has made it possible to address the question of reaction medium influence on enzymatic specificity. Perhaps the most exciting and significant development in this emerging area is the discovery that enzyme specificity, in particular enantioselectivity, can be affected by changing from one organic solvent to another. This article discusses the scope and possible mechanistic models of this phenomenon in hydrolases, specially lipases, as well as directions of future research in the area.

Localización de la lipoproteína lipasa en el cuerpo ciliar de ojos humanos: Un estudio inmunocitoquímico

La Lipoproteína lipasa (LPL, E.C. 3.1.1.34) es una glucoproteína sintetizada por diferentes tipos celulares, principalmente en adipocitos, células musculares y marcófagos.

Localización de la lipoproteína lipasa en el cuerpo ciliar de ojos humanos: Un estudio inmunocitoquímico

La Lipoproteína lipasa (LPL, E.C. 3.1.1.34) es una glucoproteína sintetizada por diferentes tipos celulares, principalmente en adipocitos, células musculares y marcófagos.

Aplicação de lipases microbianas na obtenção de concentrados de ácidos graxos poliinsaturados

Several polyunsaturated fatty acids (PUFA) belonging to the ômega 6 series, such as cis-6,9,12 gamma-linolenic acid, as well as those of the ômega 3 series, such as cis-5,8,11,14,17-eicosapentaenoic acid and cis-4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic acid are of considerable interest due to their nutritional and therapeutic properties. Methods used for the concentration of PUFA from natural sources include urea adduct formation, solvent winterization, supercritical fluid extraction and lipase-catalyzed reaction. Lipases are known to have little reactivity on PUFA and these acids can be enriched by selective hydrolysis, direct esterification of glycerol with PUFA and interesterification. Since lipase reactions are advantageous with respect to fatty acid, positional specificities and mild incubation condition, these enzymes are considered to be suitable for the production of PUFA concentrates for medical purposes.

Modificação de óleos e gorduras por biotransformação

The oleochemical industry has a permanent interested in controlling the physical, functional and organoleptical properties of their products and in producing useful derivatives from their raw materials. The potential of biotechnology for developing novel or well-known products at more competitive costs meets the need of this industrial segment in expanding their goals. In this work some technical aspects, problems and perspectives related to the production of oil and fat derivatives using biotransformation techniques are discussed. Particular emphasis is given to the description of biotransformation processes using lipase as catalyst, in view of the great versatility of this enzyme class to mediate typical reactions in this technological sector.

Aplicações sintéticas de lipases imobilizadas em polímeros

The application of biocatalysis is a promising field related to new technologies for organic synthesis. The development of immobilization techniques is very important due to the multiple or repetitive use of a single batch of enzymes and the ability to stop the reaction rapidly, at any stage, by removing the enzymes. In most cases, after immobilization, enzymes and microorganisms maintain or even increase their activity and stability. This work presents an overview of the common methods for lipase immobilization in polymers and applications of these systems to obtain compounds of synthetic interest.