In vitro activity of gallium maltolate against Staphylococci in logarithmic, stationary, and biofilm growth phases: comparison of conventional and calorimetric susceptibility testing methods.

Ga(3+) is a semimetal element that competes for the iron-binding sites of transporters and enzymes. We investigated the activity of gallium maltolate (GaM), an organic gallium salt with high solubility, against laboratory and clinical strains of methicillin-susceptible Staphylococcus aureus (MSSA), methicillin-resistant S. aureus (MRSA), methicillin-susceptible Staphylococcus epidermidis (MSSE), and methicillin-resistant S. epidermidis (MRSE) in logarithmic or stationary phase and in biofilms. The MICs of GaM were higher for S. aureus (375 to 2000 microg/ml) than S. epidermidis (94 to 200 microg/ml). Minimal biofilm inhibitory concentrations were 3,000 to >or=6,000 microg/ml (S. aureus) and 94 to 3,000 microg/ml (S. epidermidis). In time-kill studies, GaM exhibited a slow and dose-dependent killing, with maximal action at 24 h against S. aureus of 1.9 log(10) CFU/ml (MSSA) and 3.3 log(10) CFU/ml (MRSA) at 3x MIC and 2.9 log(10) CFU/ml (MSSE) and 4.0 log(10) CFU/ml (MRSE) against S. epidermidis at 10x MIC. In calorimetric studies, growth-related heat production was inhibited by GaM at subinhibitory concentrations; and the minimal heat inhibition concentrations were 188 to 4,500 microg/ml (MSSA), 94 to 1,500 microg/ml (MRSA), and 94 to 375 microg/ml (MSSE and MRSE), which correlated well with the MICs. Thus, calorimetry was a fast, accurate, and simple method useful for investigation of antimicrobial activity at subinhibitory concentrations. In conclusion, GaM exhibited activity against staphylococci in different growth phases, including in stationary phase and biofilms, but high concentrations were required. These data support the potential topical use of GaM, including its use for the treatment of wound infections, MRSA decolonization, and coating of implants.

The neuronal monocarboxylate transporter MCT2: its regulation by BDNF and its role in learning and memory

Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain physiological and pathological conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood-brain barrier or out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal isoform and little is known about the regulation of its expression. Noradrenaline (NA), insulin and IGF-1 were previously shown to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here we demonstrate that the well known brain neurotrophic factor BDNF enhances MCT2 protein expression in cultured cortical neurons and in synaptoneurosome preparations in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. We observed that BDNF induced MCT2 expression by activation of MAPK as well as PI3K/Akt/mTOR signaling pathways. Furthermore, we investigated the possible post-transcriptional regulation of MCT2 expression by a neuronal miRNA. Then, we demonstrated that BDNF enhanced MCT2 expression in the hippocampus in vivo, in parallel with some post-synaptic proteins such as PSD95 and AMPA receptor GluR2/3 subunits, and two immediate early genes Arc and Zif268 known to be expressed in conditions related to synaptic plasticity. In the last part, we demonstrated in vivo that a downregulation of hippocampal MCT2 via silencing with an appropriate lentiviral vector in mice caused an impairment of working memory without reference memory deficit. In conclusion, these results suggest that regulation of neuronal monocarboxylate transporter MCT2 expression could be a key event in the context of synaptic plasticity, allowing an adequate energy substrate supply in situations of altered synaptic efficacy. - Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergéiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famillle de transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que la noradrénaline, l'insuline et l'IGF-1 induisent l'expression de MCT2 dans des cultures de neurones corticaux par un mécanisme traductionnel. Dans cette étude nous démontrons dans un premier temps que le facteur neurotrophique BDNF augmente l'expression de MCT2 à la fois dans des cultures de neurones corticaux et dans les préparations synaptoneurosomales selon un décours temporel et une gamme de concentrations propre. Aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Nous avons observé que le BDNF induisait l'expression de MCT2 par l'activation simultanée des voies de signalisation MAPK et PI3K/Akt/mTOR. De plus, nous nous sommes intéressés à une potentielle régulation par les micro-ARNs de la synthèse de MCT2. Ensuite, nous avons démontré que le BDNF induit aussi l'expression de MCT2 dans l'hippocampe de la souris en parallèle avec d'autres protéines post-synaptiques telles que PSD95 et GluR2/3 et avec deux « immediate early genes » tels que Arc et Zif268 connus pour être exprimés dans des conditions de plasticité synaptique. Dans un dernier temps, nous avons démontré qu'une diminution d'expression de MCT2 induite par le biais d'un siRNA exprimé via un vecteur lentiviral dans l'hippocampe de souris générait des déficits de mémoire de travail sans affecter la mémoire de référence. En conclusion, ces résultats nous suggèrent que le transporteur aux monocarboxylates neuronal MCT2 serait essentiel pour l'apport énergétique du lactate pour les neurones dans des conditions de haute activité neuronale comme c'est le cas pendant les processus de plasticité synaptique.

Gene expression profiling in human pathogenic dermatophytes in vitro and in vivo

Objectives: Dermatophytes are highly specialized fungi which are the most common agents of superficial mycoses in humans and animals. The particular ability of these microorganisms to invade and multiply within keratinized host structures is presumably linked to their secreted keratinolytic activity, which is therefore a major putative virulence attribute of these fungi. The overall adaptation and transcriptional response of dermatophytes during protein degradation and/or infection is largely unknown. Methods: A Trichophyton rubrum cDNA microarray was developed and used for the transcriptional analysis of T. rubrum and Arthroderma benhamiae cells during growth on protein substrates. Moreover, the gene expression profile in A. benhamiae cells was monitored during infection of guinea pigs. Results: T. rubrum and A. benhamiae cells activate a large set of genes encoding secreted endo- and exoproteases during growth on soy and keratin. In addition, other specifically induced factors with potential implication in protein utilization were identified, e.g. multiple transporters, metabolic enzymes, transcription factors and hypothetical proteins with unknown function. Notably however, the protease gene expression profile in the fungal cells during infection was significantly different from the pattern elicited during in vitro growth on keratin. Conclusions: Our results suggest specific functions of individual proteases during infection, which may not be restricted to the degradation of keratin. This first, broad in vivo transcriptional profiling approach in dermatophytes gives new molecular insights into pathogenicity associated adaptation mechanisms that make these microorganisms the most successful causitive agents of superficial mycoses.

Sodium/hydrogen exchanger NHA2 is critical for insulin secretion in β-cells.

NHA2 is a sodium/hydrogen exchanger with unknown physiological function. Here we show that NHA2 is present in rodent and human β-cells, as well as β-cell lines. In vivo, two different strains of NHA2-deficient mice displayed a pathological glucose tolerance with impaired insulin secretion but normal peripheral insulin sensitivity. In vitro, islets of NHA2-deficient and heterozygous mice, NHA2-depleted Min6 cells, or islets treated with an NHA2 inhibitor exhibited reduced sulfonylurea- and secretagogue-induced insulin secretion. The secretory deficit could be rescued by overexpression of a wild-type, but not a functionally dead, NHA2 transporter. NHA2 deficiency did not affect insulin synthesis or maturation and had no impact on basal or glucose-induced intracellular Ca(2+) homeostasis in islets. Subcellular fractionation and imaging studies demonstrated that NHA2 resides in transferrin-positive endosomes and synaptic-like microvesicles but not in insulin-containing large dense core vesicles in β-cells. Loss of NHA2 inhibited clathrin-dependent, but not clathrin-independent, endocytosis in Min6 and primary β-cells, suggesting defective endo-exocytosis coupling as the underlying mechanism for the secretory deficit. Collectively, our in vitro and in vivo studies reveal the sodium/proton exchanger NHA2 as a critical player for insulin secretion in the β-cell. In addition, our study sheds light on the biological function of a member of this recently cloned family of transporters.

Roles of astrocytic sodium dynamics in the neurometabolic coupling : a study by cellular imaging

RESUME LARGE PUBLIC Le système nerveux central est principalement composé de deux types de cellules :les neurones et les cellules gliales. Ces dernières, bien que l'emportant en nombre sur les neurones, ont longtemps été considérées comme des cellules sans intérêts par les neuroscientifiques. Hors, les connaissances modernes à leurs sujets indiquent qu'elles participent à la plupart des tâches physiologiques du cerveau. Plus particulièrement, elles prennent part aux processus énergétiques cérébraux. Ceux-ci, en plus d'être vitaux, sont particulièrement intrigants puisque le cerveau représente seulement 2 % de la masse corporelle mais consomme environ 25 % du glucose (substrat énergétique) corporel. Les astrocytes, un type de cellules gliales, jouent un rôle primordial dans cette formidable utilisation de glucose par le cerveau. En effet, l'activité neuronale (transmission de l'influx nerveux) est accompagnée d'une augmentation de la capture de glucose, issu de la circulation sanguine, par les astrocytes. Ce phénomène est appelé le «couplage neurométabolique » entre neurones et astrocytes. L'ion sodium fait partie des mécanismes cellulaires entrant en fonction lors de ces processus. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, les aspects dynamiques de la régulation du sodium astrocytaire et leurs implications dans le couplage neurométabolique ont été étudiés par des techniques d'imagerie cellulaires. Ces études ont démontré que les mitochondries, machineries cellulaires convertissant l'énergie contenue dans le glucose, participent à la régulation du sodium astrocytaire. De plus, ce travail de thèse a permis de découvrir que les astrocytes sont capables de se transmettre, sous forme de vagues de sodium se propageant de cellules en cellules, un message donnant l'ordre d'accroître leur consommation d'énergie. Cette voie de signalisation leur permettrait de fournir de l'énergie aux neurones suite à leur activation. RESUME Le glutamate libéré dans la fente synaptique pendant l'activité neuronale, est éliminé par les astrocytes environnants. Le glutamate est co-transporté avec des ions sodiques, induisant une augmentation intracellulaire de sodium (Na+i) dans les astrocytes. Cette élévation de Na+i déclenche une cascade de mécanismes moléculaires qui aboutissent à la production de substrats énergétiques pouvant être utilisés par les neurones. Durant cette thèse, la mesure simultanée du sodium mitochondrial (Na+mit) et cytosolique par des techniques d'imagerie utilisant des sondes fluorescentes spécifiques, a indiqué que les variations de Na+i induites par le transport du glutamate sont transmises aux mitochondries. De plus, les voies d'entrée et de sortie du sodium mitochondrial ont été identifiées. L'échangeur de Na+ et de Ca2+ mitochondrial semble jouer un rôle primordial dans l'influx de Na+mit, alors que l'efflux de Na+mit est pris en charge par l'échangeur de Na+ et de H+ mitochondrial. L'étude du Na+mit a nécessité l'utilisation d'un système de photoactivation. Les sources de lumière ultraviolette (UV) classiques utilisées à cet effet (lasers, lampes à flash) ayant plusieurs désavantages, une alternative efficace et peu coûteuse a été développée. Il s'agit d'un système compact utilisant une diode électroluminescente (LED) à haute puissance et de longueur d'onde de 365nm. En plus de leurs rôles dans le couplage neurométabolique, les astrocytes participent à la signalisation multicellulaire en transmettant des vagues intercellulaires de calcium. Ce travail de thèse démontre également que des vagues intercellulaires de sodium peuvent être évoquées en parallèle à ces vagues calciques. Le glutamate, suite à sa libération par un mécanisme dépendent du calcium, est réabsorbé par les transporteurs au glutamate. Ce mécanisme a pour conséquence la génération de vagues sodiques se propageant de cellules en cellules. De plus, ces vagues sodiques sont corrélées spatialement avec une consommation accrue de glucose par les astrocytes. En conclusion, ce travail de thèse a permis de montrer que le signal sodique astrocytaire, déclenché en réponse au glutamate, se propage à la fois de façon intracellulaire aux mitochondries et de façon intercellulaire. Ces résultats suggèrent que les astrocytes fonctionnent comme un réseau de cellules nécessaire au couplage énergétique concerté entre neurones et astrocytes et que le sodium est un élément clé dans les mécanismes de signalisations cellulaires sous-jacents. SUMMARY Glutamate, released in the synaptic cleft during neuronal activity, is removed by surrounding astrocytes. Glutamate is taken-up with Na+ ions by specific transporters, inducing an intracellular Na+ (Na+i) elevation in astrocytes which triggers a cascade of molecular mechanisms that provides metabolic substrates to neurons. Thus, astrocytic Na+i homeostasis represents a key component of the so-called neurometabolic coupling. In this context, the first part of this thesis work was aimed at investigating whether cytosolic Na+ changes are transmitted to mitochondria, which could therefore influence their function and contribute to the overall intracellular Na+ regulation. Simultaneous monitoring of both mitochondrial Na+ (Na+mit) and cytosolic Na+ changes with fluorescent dyes revealed that glutamate-evoked cytosolic Na+ elevations are indeed transmitted to mitochondria. The mitochondrial Na+/Ca2+ exchangers have a prominent role in the regulation of Na+mit influx pathway, and Na+mit extrusion appears to be mediated by Na+/H+ exchangers. To demonstrate the implication of Na+/Ca2+ exchangers, this study has required the technical development of an UV-flash photolysis system. Because light sources for flash photolysis have to be powerful and in the near UV range, the use of UV lasers or flash lamps is usually required. As an alternative to these UV sources that have several drawbaks, we developped a compact, efficient and lowcost flash photolysis system which employs a high power 365nm light emitting diode. In addition to their role in neurometabolic coupling, astrocytes participate in multicellular signaling by transmitting intercellular Ca2+ waves. The third part of this thesis show that intercellular Na+ waves can be evoked in parallel to Ca2+ waves. Glutamate released by a Ca2+ wave-dependent mechanism is taken up by glutamate transporters, resulting in a regenerative propagation of cytosolic Na+ increases. Na+ waves in turn lead to a spatially correlated increase in glucose uptake. In conclusion, the present thesis demonstrates that glutamate-induced Na+ changes occurring in the cytosol of astrocytes propagate to both the mitochondrial matrix and the astrocytic network. These results furthermore support the view that astrocytic Na+ is a signal coupled to the brain energy metabolism.

ABCB1 and cytochrome P450 genotypes and phenotypes: influence on methadone plasma levels and response to treatment.

BACKGROUND AND OBJECTIVE: The in vivo implication of various cytochrome P450 (CYP) isoforms and of P-glycoprotein on methadone kinetics is unclear. We aimed to thoroughly examine the genetic factors influencing methadone kinetics and response to treatment. METHODS: Genotyping for CYP1A2, CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4, CYP3A5, ABCB1, and UGT2B7 polymorphisms was performed in 245 patients undergoing methadone maintenance treatment. To assess CYP3A activity, the patients were phenotyped with midazolam. RESULTS: The patients with lower CYP3A activity presented higher steady-state trough (R,S)-methadone plasma levels (4.3, 3.0, and 2.3 ng/mL x mg for low, medium, and high activity, respectively; P = .0002). As previously reported, CYP2B6*6/*6 carriers had significantly higher trough (S)-methadone plasma levels (P = .0001) and a trend toward higher (R)-methadone plasma levels (P = .07). CYP2D6 ultrarapid metabolizers presented lower trough (R,S)-methadone plasma levels compared with the extensive or intermediate metabolizers (2.4 and 3.3 ng/mL x mg, respectively; P = .04), whereas CYP2D6 poor metabolizer status showed no influence. ABCB1 3435TT carriers presented lower trough (R,S)-methadone plasma levels (2.7 and 3.4 ng/mL . mg for 3435TT and 3435CC carriers, respectively; P = .01). The CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP3A5, and UGT2B7 genotypes did not influence methadone plasma levels. Only CYP2B6 displayed a stereoselectivity in its activity. CONCLUSION: In vivo, CYP3A4 and CYP2B6 are the major CYP isoforms involved in methadone metabolism, with CYP2D6 contributing to a minor extent. ABCB1 genetic polymorphisms also contribute slightly to the interindividual variability of methadone kinetics. The genetic polymorphisms of these 4 proteins had no influence on the response to treatment and only a small influence on the dose requirement of methadone.

A developmental framework for endodermal differentiation and polarity.

The endodermis is a root cell layer common to higher plants and of fundamental importance for root function and nutrient uptake. The endodermis separates outer (peripheral) from inner (central) cell layers by virtue of its Casparian strips, precisely aligned bands of specialized wall material. Here we reveal that the membrane at the Casparian strip is a diffusional barrier between the central and peripheral regions of the plasma membrane and that it mediates attachment to the extracellular matrix. This membrane region thus functions like a tight junction in animal epithelia, although plants lack the molecular modules that establish tight junction in animals. We have also identified a pair of influx and efflux transporters that mark both central and peripheral domains of the plasma membrane. These transporters show opposite polar distributions already in meristems, but their localization becomes refined and restricted upon differentiation. This "central-peripheral" polarity coexists with the apical-basal polarity defined by PIN proteins within the same cells, but utilizes different polarity determinants. Central-peripheral polarity can be already observed in early embryogenesis, where it reveals a cellular polarity within the quiescent center precursor cell. A strict diffusion block between polar domains is common in animals, but had never been described in plants. Yet, its relevance to endodermal function is evident, as central and peripheral membranes of the endodermis face fundamentally different root compartments. Further analysis of endodermal transporter polarity and manipulation of its barrier function will greatly promote our understanding of plant nutrition and stress tolerance in roots.

Drug interactions with the tyrosine kinase inhibitors imatinib, dasatinib, and nilotinib.

Several cancer treatments are shifting from traditional, time-limited, nonspecific cytotoxic chemotherapy cycles to continuous oral treatment with specific protein-targeted therapies. In this line, imatinib mesylate, a selective tyrosine kinases inhibitor (TKI), has excellent efficacy in the treatment of chronic myeloid leukemia. It has opened the way to the development of additional TKIs against chronic myeloid leukemia, including nilotinib and dasatinib. TKIs are prescribed for prolonged periods, often in patients with comorbidities. Therefore, they are regularly co-administered along with treatments at risk of drug-drug interactions. This aspect has been partially addressed so far, calling for a comprehensive review of the published data. We review here the available evidence and pharmacologic mechanisms of interactions between imatinib, dasatinib, and nilotinib and widely prescribed co-medications, including known inhibitors or inducers of cytochromes P450 or drug transporters. Information is mostly available for imatinib mesylate, well introduced in clinical practice. Several pharmacokinetic aspects yet remain insufficiently investigated for these drugs. Regular updates will be mandatory and so is the prospective reporting of unexpected clinical observations.

Pharmacogenetic Study on Antidementia Drugs

Differences in efficacy and safety of drugs among patients are a recognized problem in pharmacotherapy. The reasons are multifactorial and, therefore, the choice of a drug and its dosage for a particular patient based on different clinical and genetic factors is suggested to improve the clinical outcome. Four drugs are currently used for the treatment of Alzheimer's disease: three acetylcholinesterase inhibitors (donepezil, galantamine, rivastigmine) and the N-methyl-D-aspartate-antagonist memantine. For these drugs, a high interindividual variability in plasma levels was observed, which might influence the response to treatment. The main objective of this thesis was to provide a better understanding of clinical and genetic factors affecting the plasma levels of antidementia drugs. Furthermore, the relationship between plasma levels, genetic variations and side effects was assessed. For this purpose, a pharmacogenetic study was conducted including 300 patients from a naturalistic clinical setting. Analytical methods for the simultaneous measurement of antidementia drugs in plasma have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with mass spectrometry detection. Presently, these methods are used in the therapeutic drug monitoring service of our laboratory. The routine use of therapeutic drug monitoring for antidementia drugs cannot yet be recommended with the available data, but it may be beneficial for some patients in special clinical cases such as insufficient treatment response, side effects or drug interactions. Donepezil and galantamine are extensively metabolized by the liver enzymes cytochromes P450 (CYP) 2D6 and 3A and are substrates of the drug transporter P-glycoprotein. The relationship of variations in genes affecting the activity of these metabolic enzymes and drug transporter (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) with donepezil and galantamine plasma levels was investigated. The CYP2D6 genotype appeared to be the major genetic factor involved in the pharmacokinetics of these two drugs. Thus, CYP2D6 poor metabolizers demonstrated significantly higher drug plasma levels than extensive metabolizers. Additionally, in the donepezil study population, the frequency of side effects was significantly increased in poor metabolizers. Lower donepezil plasma levels were observed in ultra rapid metabolizers, which might expose those patients to the risk of non-response. Memantine is mainly eliminated unchanged by the kidney, with implication of tubular secretion by renal transporters. A population pharmacokinetic model was developed to quantify the effects of clinical factors and genetic variations in renal cation transporters (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1), and nuclear receptors (NR1I2, NR1I3, PPARG) involved in transporter expression, on memantine plasma levels. In addition to the renal function and gender, a genetic variation in the nuclear receptor Pregnane-X-Receptor (NR1I2) significantly affected memantine elimination. These findings suggest that an individualized therapy approach for antidementia drugs, taking into account clinical characteristics and genetic background of a patient, might increase efficacy and safety of the treatment. - Les différences interindividuelles dans l'efficacité et la tolérance des médicaments sont un problème connu en pharmacothérapie. Les raisons sont multiples, et le choix du médicament et de la dose, basé sur des facteurs cliniques et génétiques spécifiques au patient, peut contribuer à améliorer la réponse clinique. Quatre médicaments sont couramment utilisés dans le traitement de la maladie d'Alzheimer : trois inhibiteurs de l'acétylcholinestérase (donépézil, galantamine, rivastigmine) et un antagoniste du récepteur N-méthyl-D-aspartate, la mémantine. Une forte variabilité interindividuelle dans les taux plasmatiques de ces quatre composés a été observée, ce qui pourrait influencer la réponse au traitement. L'objectif principal de ce travail de thèse est de mieux comprendre les facteurs cliniques et génétiques influençant les taux des médicaments pro-cognitifs. En outre, des associations entre les taux, la variabilité génétique et les effets secondaires ont été recherchées. Dans ce but, 300 patients sous traitement avec un médicament pro-cognitif ont été recrutés pour une étude pharmacogénétique. Des méthodes de dosage simultané de médicaments pro-cognitifs par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ont été développées et validées. Ces méthodes sont actuellement utilisées dans le service de suivi thérapeutique de notre unité. Malgré le fait qu'un suivi des taux sanguins des pro-cognitifs ne puisse pas encore être recommandé en routine, un dosage peut être utile dans des cas cliniques spécifiques, comme une réponse insuffisante, une intolérance ou une interaction médicamenteuse. Le donépézil et la galantamine sont fortement métabolisés par les cytochromes P450 (CYP) 2D6 et 3A, et sont également substrats du transporteur P-glycoprotéine. Les associations entre les polymorphismes génétiques de ces enzymes, cofacteur, récepteur nucléaire et transporteur (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) et les taux de donépézil et de galantamine ont été étudiées. Le génotype du CYP2D6 a été montré comme le facteur génétique majeur impliqué dans la pharmacocinétique de ces deux médicaments. Ainsi, les métaboliseurs déficients du CYP2D6 ont démontré des taux plasmatiques significativement plus élevés comparé aux bons métaboliseurs. De plus, dans la population traitée avec le donépézil, la fréquence des effets secondaires était plus élevée chez les métaboliseurs déficients. Des taux plasmatiques bas ont été mesurés chez les métaboliseurs ultra-rapides traités avec le donépézil, ce qui pourrait être un facteur de risque à une non-réponse au traitement. La mémantine est principalement éliminée sous forme inchangée par les reins, et partiellement par sécrétion tubulaire grâce à des transporteurs rénaux. Un modèle de cinétique de population a été développé pour quantifier les effets des différents facteurs cliniques et de la variabilité génétique des transporteurs rénaux (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1) et des récepteurs nucléaires (NR1I2, NR1I3, PPARG, impliqués dans l'expression des transporteurs) sur les taux plasmatiques de mémantine. En plus de la fonction rénale et du genre, une variation génétique dans le récepteur nucléaire Pregnane-X-Receptor (NR1I2) a montré une influence significative sur l'élimination de la mémantine. Ces résultats suggèrent qu'une approche thérapeutique individualisée, prenant en compte des facteurs cliniques et génétiques du patient, pourrait améliorer l'efficacité et la sécurité du traitement pro-cognitif.

Living with an imperfect cell wall: compensation of femAB inactivation in Staphylococcus aureus.

BACKGROUND: Synthesis of the Staphylococcus aureus peptidoglycan pentaglycine interpeptide bridge is catalyzed by the nonribosomal peptidyl transferases FemX, FemA and FemB. Inactivation of the femAB operon reduces the interpeptide to a monoglycine, leading to a poorly crosslinked peptidoglycan. femAB mutants show a reduced growth rate and are hypersusceptible to virtually all antibiotics, including methicillin, making FemAB a potential target to restore beta-lactam susceptibility in methicillin-resistant S. aureus (MRSA). Cis-complementation with wild type femAB only restores synthesis of the pentaglycine interpeptide and methicillin resistance, but the growth rate remains low. This study characterizes the adaptations that ensured survival of the cells after femAB inactivation. RESULTS: In addition to slow growth, the cis-complemented femAB mutant showed temperature sensitivity and a higher methicillin resistance than the wild type. Transcriptional profiling paired with reporter metabolite analysis revealed multiple changes in the global transcriptome. A number of transporters for sugars, glycerol, and glycine betaine, some of which could serve as osmoprotectants, were upregulated. Striking differences were found in the transcription of several genes involved in nitrogen metabolism and the arginine-deiminase pathway, an alternative for ATP production. In addition, microarray data indicated enhanced expression of virulence factors that correlated with premature expression of the global regulators sae, sarA, and agr. CONCLUSION: Survival under conditions preventing normal cell wall formation triggered complex adaptations that incurred a fitness cost, showing the remarkable flexibility of S. aureus to circumvent cell wall damage. Potential FemAB inhibitors would have to be used in combination with other antibiotics to prevent selection of resistant survivors.

Doxorubicin induces drug efflux pumps in Candida albicans.

Candida albicans is one of the most important opportunistic fungal pathogens. It can cause serious fungal diseases in immunocompromised patients, including those with cancer. Treatment failures due to the emergence of drug-resistant C. albicans strains have become a serious clinical problem. Resistance incidents were often mediated by fungal efflux pumps which are closely related to the human ABC transporter P-glycoprotein (P-gp). P-gp is often overexpressed in cancer cells and confers resistance to many cytotoxic drugs. We examined whether cytotoxic drugs commonly used for cancer treatment (doxorubicin and cyclophosphamide) could alter the expression of genes responsible for the development of fluconazole resistance in Candida cells in the way they can influence homologous genes in cancer cell lines. ABC transporters (CDR1 and CDR2) and other resistance genes (MDR1 and ERG11) were tested by real-time PCR for their expression in C. albicans cells at the mRNA level after induction by antineoplastic drugs. The results were confirmed by a lacZ gene reporter system and verified at the protein level using GFP and immunoblotting. We showed that doxorubicin is a potent inducer of CDR1/CDR2 expression in C. albicans at both the mRNA and protein level and thus causes an increase in fluconazole MIC values. However, cyclophosphamide, which is not a substrate of human P-gp, did not induce ABC transporter expression in C. albicans. Neither doxorubicin nor cyclophosphamide could influence the expression of the other resistance genes (MDR1 and ERG11). The induction of CDR1/CDR2 by doxorubicin in C. albicans and the resulting alteration of antifungal susceptibility might be of clinical relevance for the antifungal treatment of Candida infections occurring after anticancer chemotherapy with doxorubicin.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Protracted treatment with MDMA induces heteromeric nicotinic receptor up-regulation in rat brain: an autoradiography study.

Previous studies indicate that 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) can induce heteromeric nicotinic acetylcholine receptor (nAChR, mainly of α4β2 subtype) up-regulation. In this study we treated Sprague-Dawley rats twice-daily for 10 days with either saline or MDMA (7 mg/kg) and killed them on day 11 to perform [125I]epibatidine binding autoradiograms on serial coronal slices. Results showed significant increases in nAChR density in the substantia nigra, ventral tegmental area, nucleus accumbens, olfactory tubercle, anterior caudate-putamen, somatosensory cortex, motor cortex, auditory cortex, retrosplenial cortex, laterodorsal thalamus nuclei, amygdala, postsubiculum and pontine nuclei. These increases ranged from 3% (retrosplenial cortex) to 30 and 33% (amygdala and substantia nigra). No increased α4 subunit immunoreactivity was found in up-regulated areas compared with saline-treated rats, suggesting a post-translational mechanism as occurs with nicotine. The percentage of up-regulation correlated positively with the density of serotonin transporters, according to the serotonergic profile of MDMA. The heteromeric nAChR increase in concrete areas could account, at least in part, for the reinforcing, sensitizing and psychiatric disorders observed after long-term treatment with MDMA.

Protracted treatment with MDMA induces heteromeric nicotinic receptor up-regulation in rat brain: an autoradiography study.

Previous studies indicate that 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) can induce heteromeric nicotinic acetylcholine receptor (nAChR, mainly of α4β2 subtype) up-regulation. In this study we treated Sprague-Dawley rats twice-daily for 10 days with either saline or MDMA (7 mg/kg) and killed them on day 11 to perform [125I]epibatidine binding autoradiograms on serial coronal slices. Results showed significant increases in nAChR density in the substantia nigra, ventral tegmental area, nucleus accumbens, olfactory tubercle, anterior caudate-putamen, somatosensory cortex, motor cortex, auditory cortex, retrosplenial cortex, laterodorsal thalamus nuclei, amygdala, postsubiculum and pontine nuclei. These increases ranged from 3% (retrosplenial cortex) to 30 and 33% (amygdala and substantia nigra). No increased α4 subunit immunoreactivity was found in up-regulated areas compared with saline-treated rats, suggesting a post-translational mechanism as occurs with nicotine. The percentage of up-regulation correlated positively with the density of serotonin transporters, according to the serotonergic profile of MDMA. The heteromeric nAChR increase in concrete areas could account, at least in part, for the reinforcing, sensitizing and psychiatric disorders observed after long-term treatment with MDMA.