Long-Lasting Protection of Activity of Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors and Protease Inhibitors (PIs) by Boosted PI Containing Regimens.

BACKGROUND: The accumulation of mutations after long-lasting exposure to a failing combination antiretroviral therapy (cART) is problematic and severely reduces the options for further successful treatments. METHODS: We studied patients from the Swiss HIV Cohort Study who failed cART with nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) and either a ritonavir-boosted PI (PI/r) or a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NNRTI). The loss of genotypic activity <3, 3-6, >6 months after virological failure was analyzed with Stanford algorithm. Risk factors associated with early emergence of drug resistance mutations (<6 months after failure) were identified with multivariable logistic regression. RESULTS: Ninety-nine genotypic resistance tests from PI/r-treated and 129 from NNRTI-treated patients were analyzed. The risk of losing the activity of ≥1 NRTIs was lower among PI/r- compared to NNRTI-treated individuals <3, 3-6, and >6 months after failure: 8.8% vs. 38.2% (p = 0.009), 7.1% vs. 46.9% (p<0.001) and 18.9% vs. 60.9% (p<0.001). The percentages of patients who have lost PI/r activity were 2.9%, 3.6% and 5.4% <3, 3-6, >6 months after failure compared to 41.2%, 49.0% and 63.0% of those who have lost NNRTI activity (all p<0.001). The risk to accumulate an early NRTI mutation was strongly associated with NNRTI-containing cART (adjusted odds ratio: 13.3 (95% CI: 4.1-42.8), p<0.001). CONCLUSIONS: The loss of activity of PIs and NRTIs was low among patients treated with PI/r, even after long-lasting exposure to a failing cART. Thus, more options remain for second-line therapy. This finding is potentially of high relevance, in particular for settings with poor or lacking virological monitoring.

Serine protease activities in Oxysarcodexia thornax (Walker) (Diptera: Sarcophagidae) first instar larva

We report for the first time the expression of multiple protease activities in the first instar larva (L1) of the flesh fly Oxysarcodexia thornax (Walker). Zymographic analysis of homogenates from freshly obtained L1 revealed a complex proteolytic profile ranging from 21.5 to 136 kDa. Although some activities were detected at pH 3.5 and 5.5, the optimum pH for most of the proteolytic activities was between pH 7.5 and 9.5. Seven of 10 proteases were completely inactivated by phenyl-methyl sulfonyl-fluoride, suggesting that main proteases expressed by L1 belong to serine proteases class. Complete inactivation of all enzymatic activities was obtained using N-p-Tosyl-L-phenylalanine chloromethyl ketone (100 µM), a specific inhibitor of chymotrypsin-like serine proteases.

Cloning, expression and characterisation of an HtrA-like serine protease produced in vivo by Mycobacterium leprae

Members of the high temperature requirement A (HtrA) family of chaperone proteases have been shown to play a role in bacterial pathogenesis. In a recent report, we demonstrated that the gene ML0176, which codes for a predicted HtrA-like protease, a gene conserved in other species of mycobacteria, is transcribed by Mycobacterium leprae in human leprosy lesions. In the present study, the recombinant ML0176 protein was produced and its enzymatic properties investigated. M. lepraerecombinant ML0176 was able to hydrolyse a variety of synthetic and natural peptides. Similar to other HtrA proteins, this enzyme displayed maximum proteolytic activity at temperatures above 40°C and was completely inactivated by aprotinin, a protease inhibitor with high selectivity for serine proteases. Finally, analysis of M. leprae ML0176 specificity suggested a broader cleavage preference than that of previously described HtrAs homologues. In summary, we have identified an HtrA-like protease in M. lepraethat may constitute a potential new target for the development of novel prophylactic and/or therapeutic strategies against mycobacterial infections.

The impact of the nelfinavir resistance-conferring mutation D30N on the susceptibility of HIV-1 subtype B to other protease inhibitors

The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) protease mutation D30N is exclusively selected by the protease inhibitor (PI) nelfinavir and confers resistance to this drug. We demonstrate that D30N increases the susceptibility to saquinavir (SQV) and amprenavir in HIV-1 subtype B isolates and that the N88D mutation in a D30N background neutralizes this effect. D30N also suppresses indinavir (IDV) resistance caused by the M46I mutation. Interestingly, in patients with viruses originally containing the D30N mutation who were treated with IDV or SQV, the virus either reversed this mutation or acquired N88D, suggesting an antagonistic effect of D30N upon exposure to these PIs. These findings can improve direct salvage drug treatment in resource limited countries where subtype B is epidemiologically important and extend the value of first and second line PIs in these populations.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Kazal-type serine proteinase inhibitors in the midgut of Phlebotomus papatasi

Sandflies (Diptera: Psychodidae) are important disease vectors of parasites of the genus Leishmania, as well as bacteria and viruses. Following studies of the midgut transcriptome of Phlebotomus papatasi, the principal vector of Leishmania major, two non-classical Kazal-type serine proteinase inhibitors were identified (PpKzl1 and PpKzl2). Analyses of expression profiles indicated that PpKzl1 and PpKzl2 transcripts are both regulated by blood-feeding in the midgut of P. papatasi and are also expressed in males, larva and pupa. We expressed a recombinant PpKzl2 in a mammalian expression system (CHO-S free style cells) that was applied to in vitro studies to assess serine proteinase inhibition. Recombinant PpKzl2 inhibited α-chymotrypsin to 9.4% residual activity and also inhibited α-thrombin and trypsin to 33.5% and 63.9% residual activity, suggesting that native PpKzl2 is an active serine proteinase inhibitor and likely involved in regulating digestive enzymes in the midgut. Early stages of Leishmania are susceptible to killing by digestive proteinases in the sandfly midgut. Thus, characterising serine proteinase inhibitors may provide new targets and strategies to prevent transmission of Leishmania.

HIV-1 protease mutation 82M contributes to phenotypic resistance to protease inhibitors in subtype G.

OBJECTIVES: The purpose of this study was the qualitative and quantitative assessment of the in vitro effect of HIV-1 protease (PR) mutation 82M on replication capacity and susceptibility to the eight clinically available PR inhibitors (PIs).¦METHODS: The 82M substitution was introduced by site-directed mutagenesis in wild-type subtype B and G strains, as well as reverted back to wild-type in a therapy-failing strain. The recombinant viruses were evaluated for their replication capacity and susceptibility to PIs.¦RESULTS: The single 82M mutation within a wild-type subtype B or G background did not result in drug resistance. However, the in vitro effect of single PR mutations on PI susceptibility is not always distinguishable from wild-type virus, and particular background mutations and polymorphisms are required to detect significant differences in the drug susceptibility profile. Consequently, reverting the 82M mutation back to wild-type (82I) in a subtype G isolate from a patient that failed therapy with multiple other PR mutations did result in significant increases in susceptibility towards indinavir and lopinavir and minor increases in susceptibility towards amprenavir and atazanavir. The presence of the 82M mutation also slightly decreased viral replication, whether it was in the genetic background of subtype B or subtype G.¦CONCLUSIONS: Our results suggest that 82M has an impact on PI susceptibility and that this effect is not due to a compensatory effect on the replication capacity. Because 82M is not observed as a polymorphism in any subtype, these observations support the inclusion of 82M in drug resistance interpretation systems and PI mutation lists.

Modulation of inflammatory pathways by the HIV protease inhibitors

Les inhibiteurs de la protéase du VIH (IP) constituent une des classes de traitements antirétroviraux parmi les plus utilisés au cours de l'infection par le VIH. Leur utilisation est associée à divers effets secondaires, notamment la dyslipidémie, la résistance à l'insuline, la lipodystrophie et certaines complications cardio-vasculaires. Ces molécules ont également des propriétés anti-tumorales, décrites chez des patients non infectés par le VIH. Pourtant, les mécanismes moléculaires à l'origine de ces effets annexes restent méconnus. Dans ce travail, nous démontrons que les IP, comme le Nelfinavir, le Ritonavir, le Lopinavir, le Saquinavir et l'Atazanavir, entrainent la production d'interleukine-lß (IL-lß), une puissante cytokine pro-inflammatoire, connue pour son rôle central dans les maladies inflammatoires. La sécrétion d'IL-lß requiert la formation de l'inflammasome, un complexe protéique intracellulaire servant de plateforme d'activation de la caspase-1 et, par la suite, à la maturation protéolytique de certaines cytokines, dont l'IL-lß. Dans les macrophages murins en culture primaire, ainsi que dans une lignée de monocytes humains, nous démontrons que les IP augmentent la maturation et la sécrétion de l'IL-lß via l'induction d'un inflammasome dépendant de ASC. De plus, nous établissons que les IP induisent spécifiquement l'activation de AIM2, un inflammasome détectant la présence intracytosolique d'ADN viral ou bactérien. Nos résultats démontrent l'existence d'une nouvelle voie d'activation de l'inflammasome AIM2 par un signal endogène dont la nature reste à définir. Ces données suggèrent que AIM2 pourrait jouer un rôle important dans la promotion de l'activité anti-tumorale ainsi que dans les autres effets annexes observés chez les patients traités par IP. -- HIV protease inhibitors (Pis) are among the most often used classes of antiretroviral drugs for HIV infection. Treatment of patients with HIV-PIs is associated with the development of metabolic side effects including dyslipidemia, insulin resistance, lipodystrophy and cardiovascular complications. In addition, these drugs have been reported to have anti¬tumoral properties in non-infected patients, however the molecular mechanisms causing these off-target effects are still unclear. Here we show that the HIV-PIs, such as Nelfinavir, Ritonavir, Lopinavir, Saquinavir and Atazanavir, activate the production of interleukin-lß (IL-lß), a potent pro-inflammatory cytokine that plays a central role in the pathogenesis of inflammatory diseases. The release of IL-lß depends on the activation of the inflammasome, a multiprotein complex that serves as a platform for caspase-1 activation and subsequent proteolytic maturation of cytokines including IL-lß. We found that in mouse primary macrophages as well as in a human monocytic cell line, the HIV-PIs augment the maturation and secretion of IL-lß by triggering an ASC-dependent inflammasome activation. Moreover, we show that the HIV-PIs specifically engage AIM2, a recently characterized inflammasome -forming protein that was described to detect the cytosolic release of bacterial and viral DNA. Our findings demonstrate a new pathway of activation of the AIM2 inflammasome by a yet to be defined endogenous signal and may suggest a possible role for AIM2 in promoting anti¬tumoral activity and off-target effects observed in HIV-PIs treated patients.

Autosomal Recessive Posterior Microphthalmos/Nanophthalmos is Caused by Loss-of-function Mutations in LOC646960, a Novel Gene Encoding a Trypsin-like Serine Protease

Purpose: Posterior microphthalmos (MCOP)/nanophthalmos (NNO) is a developmental anomaly characterized by extreme hyperopia due to short axial length. The population of the Faroe Islands shows a high prevalence of an autosomal recessive form (arMCOP). The gene mutated in arMCOP is not yet known.Methods: Genetic mapping by linkage analysis using microsatellite and single nucleotide polymorphisms, mutation analysis by PCR and sequencing, molecular modellingResults: Having refined the position of the disease locus (MCOP6) in an interval of 250 kb in chromosome 2q37.1 in Faroese families, we detected 3 mutations in a novel gene, LOC646960: Patients of 10 different Faroese families were either homozygous (n=22) for c.926G>C (p.Trp309Ser) or compound heterozygous (n=6) for c.926G>C and c.526C>G (p.Arg176Gly), whereas a homozygous 1 bp duplication (c.1066dupC) was identified in patients with arNNO from a Tunisian family. In two unrelated patients with MCOP, no LOC646960 mutation was found. LOC646960 is expressed in the human adult retina and RPE. The expression of the mouse homologue in the eye can be first detected at E17 and is highest in adults. The predicted protein is a 603 amino acid long secreted trypsin-like serine peptidase. c.1066dupC should result in a functional null allele. Molecular modelling of the p.Trp309Ser mutant suggests that both affinity and reactivity of the enzyme towards in vivo substrates are substantially reduced.Conclusions: Postnatal growth of the eye is important for proper development of the refractive components (emmetropization), and is mainly due to elongation of the posterior segment from 10-11 mm at birth to 15-16 mm at the age of 13 years. Optical defocus leads to changes in axial length by moving the retina towards the image plane. arMCOP may theoretically be explained, in line with the expression pattern of LOC646960, by a postnatal growth retardation of the posterior segment.

The CAP1/Prss8 catalytic triad is not involved in PAR2 activation and protease nexin-1 (PN-1) inhibition.

Serine proteases, serine protease inhibitors, and protease-activated receptors (PARs) are responsible for several human skin disorders characterized by impaired epidermal permeability barrier function, desquamation, and inflammation. In this study, we addressed the consequences of a catalytically dead serine protease on epidermal homeostasis, the activation of PAR2 and the inhibition by the serine protease inhibitor nexin-1. The catalytically inactive serine protease CAP1/Prss8, when ectopically expressed in the mouse, retained the ability to induce skin disorders as well as its catalytically active counterpart (75%, n=81). Moreover, this phenotype was completely normalized in a PAR2-null background, indicating that the effects mediated by the catalytically inactive CAP1/Prss8 depend on PAR2 (95%, n=131). Finally, nexin-1 displayed analogous inhibitory capacity on both wild-type and inactive mutant CAP1/Prss8 in vitro and in vivo (64% n=151 vs. 89% n=109, respectively), indicating that the catalytic site of CAP1/Prss8 is dispensable for nexin-1 inhibition. Our results demonstrate a novel inhibitory interaction between CAP1/Prss8 and nexin-1, opening the search for specific CAP1/Prss8 antagonists that are independent of its catalytic activity.-Crisante, G., Battista, L., Iwaszkiewicz, J., Nesca, V., Mérillat, A.-M., Sergi, C., Zoete, V., Frateschi, S., Hummler, E. The CAP1/Prss8 catalytic triad is not involved in PAR2 activation and protease nexin-1 (PN-1) inhibition.

Atherogenic dyslipidemia in HIV-infected individuals treated with protease inhibitors. The Swiss HIV Cohort Study.

BACKGROUND: Administration of protease inhibitors (PIs) to HIV-infected individuals has been associated with hyperlipidemia. In this study, we characterized the lipoprotein profile in subjects receiving ritonavir, indinavir, or nelfinavir, alone or in combination with saquinavir. METHODS AND RESULTS: Plasma lipoprotein levels were quantified in 93 HIV-infected adults receiving PIs. Comparison was done with pretreatment values and with 28 nonPI-treated HIV-infected subjects. An elevation in plasma cholesterol levels was observed in all PI-treated groups but was more pronounced for ritonavir (2.0+/-0.3 mmol/L [mean+/-SEM], n=46, versus 0.1+/-0.2 mmol/L in nonPI treated group, P<0.001) than for indinavir (0.8+/-0.2 mmol/L, n=26, P=0.03) or nelfinavir (1.2+/-0.2 mmol/L, n=21, P=0.01). Administration of ritonavir, but not indinavir or nelfinavir, was associated with a marked elevation in plasma triglyceride levels (1.83+/-0.46 mmol/L, P=0.002). Plasma HDL-cholesterol levels remained unchanged. Combination of ritonavir or nelfinavir with saquinavir did not further elevate plasma lipid levels. A 48% increase in plasma levels of lipoprotein(a) was detected in PI-treated subjects with pretreatment Lp(a) values >20 mg/dL. Similar changes in plasma lipid levels were observed in 6 children receiving ritonavir. CONCLUSIONS: Administration of PIs to HIV-infected individuals is associated with a marked, compound-specific dyslipidemia. The risk of pancreatitis and premature atherosclerosis due to PI-associated dyslipidemia remains to be established.

Protein-ligand binding free energy estimation using molecular mechanics and continuum electrostatics. Application to HIV-1 protease inhibitors.

A method is proposed for the estimation of absolute binding free energy of interaction between proteins and ligands. Conformational sampling of the protein-ligand complex is performed by molecular dynamics (MD) in vacuo and the solvent effect is calculated a posteriori by solving the Poisson or the Poisson-Boltzmann equation for selected frames of the trajectory. The binding free energy is written as a linear combination of the buried surface upon complexation, SASbur, the electrostatic interaction energy between the ligand and the protein, Eelec, and the difference of the solvation free energies of the complex and the isolated ligand and protein, deltaGsolv. The method uses the buried surface upon complexation to account for the non-polar contribution to the binding free energy because it is less sensitive to the details of the structure than the van der Waals interaction energy. The parameters of the method are developed for a training set of 16 HIV-1 protease-inhibitor complexes of known 3D structure. A correlation coefficient of 0.91 was obtained with an unsigned mean error of 0.8 kcal/mol. When applied to a set of 25 HIV-1 protease-inhibitor complexes of unknown 3D structures, the method provides a satisfactory correlation between the calculated binding free energy and the experimental pIC5o without reparametrization.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Epithelial Sodium Channel-Mediated Sodium Transport Is Not Dependent on the Membrane-Bound Serine Protease CAP2/Tmprss4.

The membrane-bound serine protease CAP2/Tmprss4 has been previously identified in vitro as a positive regulator of the epithelial sodium channel (ENaC). To study its in vivo implication in ENaC-mediated sodium absorption, we generated a knockout mouse model for CAP2/Tmprss4. Mice deficient in CAP2/Tmprss4 were viable, fertile, and did not show any obvious histological abnormalities. Unexpectedly, when challenged with sodium-deficient diet, these mice did not develop any impairment in renal sodium handling as evidenced by normal plasma and urinary sodium and potassium electrolytes, as well as normal aldosterone levels. Despite minor alterations in ENaC mRNA expression, we found no evidence for altered proteolytic cleavage of ENaC subunits. In consequence, ENaC activity, as monitored by the amiloride-sensitive rectal potential difference (ΔPD), was not altered even under dietary sodium restriction. In summary, ENaC-mediated sodium balance is not affected by lack of CAP2/Tmprss4 expression and thus, does not seem to directly control ENaC expression and activity in vivo.

Abacavir/Lamivudine Versus Tenofovir/Emtricitabine in Virologically Suppressed Patients Switching from Ritonavir-Boosted Protease Inhibitors to Raltegravir

There are few clinical data on the combination abacavir/lamivudine plus raltegravir. We compared the outcomes of patients from the SPIRAL trial receiving either abacavir/lamivudine or tenofovir/emtricitabine at baseline who had taken at least one dose of either raltegravir or ritonavir-boosted protease inhibitors. For the purpose of this analysis, treatment failure was defined as virological failure (confirmed HIV-1 RNA ≥50 copies/ml) or discontinuation of abacavir/lamivudine or tenofovir/emtricitabine because of adverse events, consent withdrawal, or lost to follow-up. There were 143 (72.59%) patients with tenofovir/emtricitabine and 54 (27.41%) with abacavir/lamivudine. In the raltegravir group, there were three (11.11%) treatment failures with abacavir/lamivudine and eight (10.96%) with tenofovir/emtricitabine (estimated difference 0.15%; 95% CI -17.90 to 11.6). In the ritonavir-boosted protease inhibitor group, there were four (14.81%) treatment failures with abacavir/lamivudine and 12 (17.14%) with tenofovir/emtricitabine (estimated difference -2.33%; 95% CI -16.10 to 16.70). Triglycerides decreased and HDL cholesterol increased through the study more pronouncedly with abacavir/lamivudine than with tenofovir/emtricitabine and differences in the total-to-HDL cholesterol ratio between both combinations of nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) tended to be higher in the raltegravir group, although differences at 48 weeks were not significant. While no patient discontinued abacavir/lamivudine due to adverse events, four (2.80%) patients (all in the ritonavir-boosted protease inhibitor group) discontinued tenofovir/emtricitabine because of adverse events (p=0.2744). The results of this analysis do not suggest that outcomes of abacavir/lamivudine are worse than those of tenofovir/emtricitabine when combined with raltegravir in virologically suppressed HIV-infected adults.