Smed454 dataset: unravelling the transcriptome of Schmidtea mediterranea

Background: Freshwater planarians are an attractive model for regeneration and stem cell research and have become a promising tool in the field of regenerative medicine. With the availability of a sequenced planarian genome, the recent application of modern genetic and high-throughput tools has resulted in revitalized interest in these animals, long known for their amazing regenerative capabilities, which enable them to regrow even a new head after decapitation. However, a detailed description of the planarian transcriptome is essential for future investigation into regenerative processes using planarians as a model system. Results: In order to complement and improve existing gene annotations, we used a 454 pyrosequencing approach to analyze the transcriptome of the planarian species Schmidtea mediterranea Altogether, 598,435 454-sequencing reads, with an average length of 327 bp, were assembled together with the ~10,000 sequences of the S. mediterranea UniGene set using different similarity cutoffs. The assembly was then mapped onto the current genome data. Remarkably, our Smed454 dataset contains more than 3 million novel transcribed nucleotides sequenced for the first time. A descriptive analysis of planarian splice sites was conducted on those Smed454 contigs that mapped univocally to the current genome assembly. Sequence analysis allowed us to identify genes encoding putative proteins with defined structural properties, such as transmembrane domains. Moreover, we annotated the Smed454 dataset using Gene Ontology, and identified putative homologues of several gene families that may play a key role during regeneration, such as neurotransmitter and hormone receptors, homeobox-containing genes, and genes related to eye function. Conclusions: We report the first planarian transcript dataset, Smed454, as an open resource tool that can be accessed via a web interface. Smed454 contains significant novel sequence information about most expressed genes of S. mediterranea. Analysis of the annotated data promises to contribute to identification of gene families poorly characterized at a functional level. The Smed454 transcriptome data will assist in the molecular characterization of S. mediterranea as a model organism, which will be useful to a broad scientific community.

Smed454 dataset: unravelling the transcriptome of Schmidtea mediterranea

Background Freshwater planarians are an attractive model for regeneration and stem cell research and have become a promising tool in the field of regenerative medicine. With the availability of a sequenced planarian genome, the recent application of modern genetic and high-throughput tools has resulted in revitalized interest in these animals, long known for their amazing regenerative capabilities, which enable them to regrow even a new head after decapitation. However, a detailed description of the planarian transcriptome is essential for future investigation into regenerative processes using planarians as a model system. Results In order to complement and improve existing gene annotations, we used a 454 pyrosequencing approach to analyze the transcriptome of the planarian species Schmidtea mediterranea Altogether, 598,435 454-sequencing reads, with an average length of 327 bp, were assembled together with the ~10,000 sequences of the S. mediterranea UniGene set using different similarity cutoffs. The assembly was then mapped onto the current genome data. Remarkably, our Smed454 dataset contains more than 3 million novel transcribed nucleotides sequenced for the first time. A descriptive analysis of planarian splice sites was conducted on those Smed454 contigs that mapped univocally to the current genome assembly. Sequence analysis allowed us to identify genes encoding putative proteins with defined structural properties, such as transmembrane domains. Moreover, we annotated the Smed454 dataset using Gene Ontology, and identified putative homologues of several gene families that may play a key role during regeneration, such as neurotransmitter and hormone receptors, homeobox-containing genes, and genes related to eye function. Conclusions We report the first planarian transcript dataset, Smed454, as an open resource tool that can be accessed via a web interface. Smed454 contains significant novel sequence information about most expressed genes of S. mediterranea. Analysis of the annotated data promises to contribute to identification of gene families poorly characterized at a functional level. The Smed454 transcriptome data will assist in the molecular characterization of S. mediterranea as a model organism, which will be useful to a broad scientific community.

The δ-Opioid Receptor Affects Epidermal Homeostasis via ERK-Dependent Inhibition of Transcription Factor POU2F3.

Neuropeptides and their receptors are present in human skin, and their importance for cutaneous homeostasis and during wound healing is increasingly appreciated. However, there is currently a lack of understanding of the molecular mechanisms by which their signaling modulates keratinocyte function. Here, we show that δ-opioid receptor (DOPr) activation inhibits proliferation of human keratinocytes, resulting in decreased epidermal thickness in an organotypic skin model. DOPr signaling markedly delayed induction of keratin intermediate filament (KRT10) during in vitro differentiation and abolished its induction in the organotypic skin model. This was accompanied by deregulation of involucrin (IVL), loricrin, and filaggrin. Analysis of the transcription factor POU2F3, which is involved in regulation of KRT10, IVL, and profilaggrin expression, revealed a DOPr-mediated extracellular signal-regulated kinase (ERK)-dependent downregulation of this factor. We propose that DOPr signaling specifically activates the ERK 1/2 mitogen-activated protein kinase pathway to regulate keratinocyte functions. Complementing our earlier studies in DOPr-deficient mice, these data suggest that DOPr activation in human keratinocytes profoundly influences epidermal morphogenesis and homeostasis.

Physiology of GLP-1--lessons from glucoincretin receptor knockout mice.

GLP-1 has both peripheral and central actions, as this hormone is secreted by gut endocrine cells and brainstem neurons projecting into the hypothalamus and other brain regions. GLP-1 has multiple regulatory functions participating in the control of glucose homeostasis, beta-cell proliferation and differentiation, food intake, heart rate and even learning. GLP-1 action depends on binding to a specific G-coupled receptor linked to activation of the adenylyl cyclase pathway. Analysis of mice with inactivation of the GLP-1 receptor gene has provided evidence that absence of GLP-1 action in the mouse, despite this hormone potent physiological effects when administered in vivo, only leads to mild abnormalities in glucose homeostasis without any change in body weight. However, a critical role for this hormone and its receptor was demonstrated in the function of the hepatoportal vein glucose sensor, in contrast to that of the pancreatic beta-cells, although absence of both GLP-1 and GIP receptors leads to a more severe phenotype characterized by a beta-cell-autonomous defect in glucose-stimulated insulin secretion. Together, the studies of these glucoincretin receptor knockout mice provide evidence that these hormones are part of complex regulatory systems where multiple redundant signals are involved.

Expression of dual angiogenic/neurogenic growth factors in human primary brain tumors.

Brain tumors, benign or malignant, are characterized by a very high degree of vascularization. Recent accumulating evidence suggests that during development the neuronal wiring follows the same routes as the vasculature and that these two systems may share some of the same factors for guidance. Thus, expression of dual angiogenic/neurogenic growth factors was evaluated by in situ hybridization in human primary brain tumors of three different types, i.e., astrocytomas, oligodendrogliomas, and ependymomas, of increasing grades, in relation with the grade and type of the tumor. For this evaluation we selected vascular endothelial growth factor (VEGF-A) and its receptors VEGF-R1 and VEGF-R2 and the neuropilins 1 and 2 (NRP-1 and NRP-2), which have proangiogenic properties, platelet-derived growth factor (PDGF) receptor-beta (PDGF-Rβ), which is required for the functional maturation of blood vessels, the ephrins and their Eph receptors, angiotensinogen (AGT) and thrombospondin-2 (TSP-2), which have potential antiangiogenic properties, and netrin-1 (Net-1), which regulates vascular architecture. We show that the expression of the VEGF-NRP system, PDGF-Rβ, TSP-2, AGT, and Net-1 are differentially regulated, either increased or decreased, in relation with the type and grade of the tumor, whereas regulation of the ephrinB system does not seem to be relevant in these human brain tumors.

Platforms for high-throughput screening of Wnt/Frizzled antagonists.

Signaling cascades initiated by Wnt lipoglycoproteins and their receptors of the Frizzled family regulate many aspects of animal development and physiology. Improper activation of this signaling promotes carcinogenic transformation and metastasis. Development of agents blocking the Wnt-Frizzled signaling is of prime interest for drug discovery. Despite certain progress no such agents are as yet brought to the market or even to clinical trials. One reason for these delays might be the use of suboptimal readout assays. In this article we overview existing and developing assay platforms to screen for Wnt-Frizzled antagonists. Among those, G protein-activating assays built on the emerging GPCR properties of Frizzleds are highlighted.

Extrasynaptic neurotransmission in the modulation of brain function. Focus on the striatal neuronal glial networks

Extrasynaptic neurotransmission is an important short distance form of volume transmission (VT) and describes the extracellular diffusion of transmitters and modulators after synaptic spillover or extrasynaptic release in the local circuit regions binding to and activating mainly extrasynaptic neuronal and glial receptors in the neuroglial networks of the brain. Receptor-receptor interactions in G protein-coupled receptor (GPCR) heteromers play a major role, on dendritic spines and nerve terminals including glutamate synapses, in the integrative processes of the extrasynaptic signaling. Heteromeric complexes between GPCR and ion-channel receptors play a special role in the integration of the synaptic and extrasynaptic signals. Changes in extracellular concentrations of the classical synaptic neurotransmitters glutamate and GABA found with microdialysis is likely an expression of the activity of the neuron-astrocyte unit of the brain and can be used as an index of VT-mediated actions of these two neurotransmitters in the brain. Thus, the activity of neurons may be functionally linked to the activity of astrocytes, which may release glutamate and GABA to the extracellular space where extrasynaptic glutamate and GABA receptors do exist. Wiring transmission (WT) and VT are fundamental properties of all neurons of the CNS but the balance between WT and VT varies from one nerve cell population to the other. The focus is on the striatal cellular networks, and the WT and VT and their integration via receptor heteromers are described in the GABA projection neurons, the glutamate, dopamine, 5-hydroxytryptamine (5-HT) and histamine striatal afferents, the cholinergic interneurons, and different types of GABA interneurons. In addition, the role in these networks of VT signaling of the energy-dependent modulator adenosine and of endocannabinoids mainly formed in the striatal projection neurons will be underlined to understand the communication in the striatal cellular networks

Basic calcium phosphate crystals induce IL-1B secretion in vitro through activation of the Nalp3 inflammasome

Objectives: We tested the effects of the three forms of basic calcium phosphate (BCP) crystals (octacalcium phosphate (OCP), carbonate-substituted apatite (CA) and hydroxyapatite (HA)) on monocytes and macrophages on IL-1β secretion. The requirement for the NALP3 inflammasome and TLR2 and TLR4 receptors in this acute response was analyzed.

Maximising the duration of disease control in metastatic renal cell carcinoma with targeted agents: an expert agreement.

With six targeted agents approved (sorafenib, sunitinib, temsirolimus, bevacizumab [+interferon], everolimus and pazopanib), many patients with metastatic renal cell carcinoma (mRCC) will receive multiple therapies. However, the optimum sequencing approach has not been defined. A group of European experts reviewed available data and shared their clinical experience to compile an expert agreement on the sequential use of targeted agents in mRCC. To date, there are few prospective studies of sequential therapy. The mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor everolimus was approved for use in patients who failed treatment with inhibitors of vascular endothelial growth factor (VEGF) and VEGF receptors (VEGFR) based on the results from a Phase III placebo-controlled study; however, until then, the only licensed agents across the spectrum of mRCC were VEGF(R) inhibitors (sorafenib, sunitinib and bevacizumab + interferon), and as such, a large body of evidence has accumulated regarding their use in sequence. Data show that sequential use of VEGF(R) inhibitors may be an effective treatment strategy to achieve prolonged clinical benefit. The optimal place of each targeted agent in the treatment sequence is still unclear, and data from large prospective studies are needed. The Phase III AXIS study of second-line sorafenib vs. axitinib (including post-VEGF(R) inhibitors) has completed, but the data are not yet published; other ongoing studies include the Phase III SWITCH study of sorafenib-sunitinib vs. sunitinib-sorafenib (NCT00732914); the Phase III 404 study of temsirolimus vs. sorafenib post-sunitinib (NCT00474786) and the Phase II RECORD 3 study of sunitinib-everolimus vs. everolimus-sunitinib (NCT00903175). Until additional data are available, consideration of patient response and tolerability to treatment may facilitate current decision-making regarding when to switch and which treatment to switch to in real-life clinical practice.

Proinflammatory activity of cell-wall constituents from gram-positive bacteria.

Innate immunity reacts to conserved bacterial molecules. The outermost lipopolysaccharide (LPS) of Gram-negative organisms is highly inflammatory. It activates responsive cells via specific CD14 and toll-like receptor-4 (TLR4) surface receptor and co-receptors. Gram-positive bacteria do not contain LPS, but carry surface teichoic acids, lipoteichoic acids and peptidoglycan instead. Among these, the thick peptidoglycan is the most conserved. It also triggers cytokine release via CD14, but uses the TLR2 co-receptor instead of TLR4 used by LPS. Moreover, whole peptidoglycan is 1000-fold less active than LPS in a weight-to-weight ratio. This suggests either that it is not important for inflammation, or that only part of it is reactive while the rest acts as ballast. Biochemical dissection of Staphylococcus aureus and Streptococcus pneumoniae cell walls indicates that the second assumption is correct. Long, soluble peptidoglycan chains (approximately 125 kDa) are poorly active. Hydrolysing these chains to their minimal unit (2 sugars and a stem peptide) completely abrogates inflammation. Enzymatic dissection of the pneumococcal wall generated a mixture of highly active fragments, constituted of trimeric stem peptides, and poorly active fragments, constituted of simple monomers and dimers or highly polymerized structures. Hence, the optimal constraint for activation might be 3 cross-linked stem peptides. The importance of structural constraint was demonstrated in additional studies. For example, replacing the first L-alanine in the stem peptide with a D-alanine totally abrogated inflammation in experimental meningitis. Likewise, modifying the D-alanine decorations of lipoteichoic acids with L-alanine, or deacylating them from their diacylglycerol lipid anchor also decreased the inflammatory response. Thus, although considered as a broad-spectrum pattern-recognizing system, innate immunity can detect very subtle differences in Gram-positive walls. This high specificity underlines the importance of using well-characterized microbial material in investigating the system.

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.

Cibles rétiniennes d'action des médicaments [Retinal drug targets].

Retinal effects of systemically administered drugs are rare due to the hematoretinal barriers that protect the retina from circulating active principles. However, some compounds may have direct or indirect toxic effects on the retina through direct interaction with a specific receptor or due to their accumulation within pigment of uveal cells. In the latter case, toxicity is dose-dependent and may be observed years after cessation of medication, as observed with antimalarial drugs. Anti-infective and anti-inflammatory agents, particularly glucocorticoids, are currently injected peri- or intraocularly. The mechanisms and the exact toxicity of glucocorticoids on the retina remain poorly understood. More recently, anti-VEGF has been specifically developed for the treatment of retinal diseases. However, the long-term blockade of VEGF on normal retinal physiology should be determined taking into account VEGF and VEGF receptors expression in the normal and pathologic retina. Whilst enormous advances are made in the treatment of retinal diseases, basic research is still required to define more accurately the molecular targets of drugs to improve their benefits and reduce their potential side effects.

Regulatory Mechanisms involved in Th2 Cell Differentiation. A Proteomics Approach.

Th2-solujen erilaistumista ohjaavat säätelyverkostot ja niiden tutkiminen proteomiikan avulla Astma ja allergiat ovat laajalle levinneitä ja vakavia sairauksia, joista kärsivät miljoonat ihmiset ympäri maailmaa. Koe-eläimillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että interleukiini-4 (IL-4) on tärkeä allergisen astman ja allergioiden kehittymiselle ja kroonistumiselle. Se ohjaa T-auttajasolujen (Th-solujen) kehittymistä Th2-tyypin soluiksi, joilla on merkittävä rooli näiden tautien puhkeamisessa. Th2-solut tuottavat myös itse IL-4:ä, joka edesauttaa taudin seuraavien vaiheiden kehittymistä. Erityisesti STAT6-proteiini, joka aktivoituu IL-4-stimulaation seurauksena, on tarpeen Th2- vasteen syntymiselle ja kroonistumiselle antigeenin aiheuttamassa keuhkoputkien astmaattisessa tulehduksessa. Väitöskirjatyöni tarkoituksena oli käyttää kaksidimensionaaliseen elektroforeesiin (2- DE) perustuvaa proteomiikkaa ja massaspektrometriaa uusien Th2-solujen erilaistumista säätelevien proteiinien tunnistamiseksi. Erilaistumattomat Th-solut eristettiin vastasyntyneen napaverestä tai hiiren pernasta. Solut aktivoitiin Tsolureseptorin ja ns. ko-stimulatoristen reseptorien kautta ja erilaistettiin joko Th1- tai Th2-suuntaan vastaavasti erilaistavien IL-12- ja IL-4-sytokiinien avulla. Ensimmäisessä tutkimuksessa in vitro -erilaistettujen Th1- ja Th2-solujen proteomeja verrattiin keskenään proteiinien ilmenemisessä tai proteiinimodifikaatioissa olevien erojen tunnistamiseksi. Kaksi muuta päätutkimusta keskittyivät IL-4:n aiheuttamaan proteiinitason säätelyyn ensimmäisen vuorokauden aikana T-soluaktivaation jälkeen. Näistä ensimmäisessä IL-4:n aiheuttamia eroja tunnistettiin aktivoiduista ihmisen Thsoluista. IL-4:n todettiin säätelevän useita proteiineja kaspaasien välittämissä signalointiteissä sekä lisäävän T-solujen elävyyttä ja aktivoitumista. Toisessa tutkimuksessa STAT6-poistogeenisten hiirien lymfosyyttien proteomia verrattiin villityypin kontrollisoluihin T-soluaktivaation ja IL-4-stimulaation jälkeen. Näissä tutkimuksissa karakterisoitiin useita uusia IL-4:n ja STAT6:n kohdeproteiineja ja löydettiin uusia säätelyverkostoja. Tutkimustulokset ovat johtaneet uusiin Th2-erilaistumismekanismeja koskeviin hypoteeseihin.

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.

Dysregulated activation of the CXCR4/CXCL12 Axisand its role in the malignant phenotype of neural crest-derived neuroblastoma tumours

Résumé: Le neuroblastome (NB) est un néoplasme dévastateur de la petite enfance, pour lequel il n'existe pas encore de traitement efficace. Les chimiokines et leurs récepteurs ont été impliqués dans la croissance des tumeurs et la formation de métastases, et en particulier, il a été rapporté que l'axe CXCR4/CXCL12 dirigeait le guidage, ainsi que l'invasion des cellules cancéreuses vers des organes spécifiques. Notre étude avait pour objectif d'analyser le rôle de CxCR4 exogène dans le comportement malin du NB, en étudiant la croissance des cellules tumorales, leur capacité de survie, de migration et d'invasion in vitro et en validant ces résultats grâce à un modèle orthotopique murin de la progression tumorale du NB in vivo. La surexpression de CXCR4 dans les cellules faiblement métastatiques IGR-NB8 n'exprimant pas CXCR4, a augmenté la mobilité des cellules vers CXCL12 in vitro. De plus, les cellules surexprimant CXCR4 ont été moins affectées par la privation de sérum que les cellules contrôles. Le volume des tumeurs chez les animaux greffés de manière orthotopique avec les cellules NB8-CXCR4-C3 était significativement plus élevé que celui des tumeurs issues des cellules contrôles NB8-E6 au moment du sacrifice des animaux. Cependant, aucune induction des métastases n'a été observée. La lignée cellulaire IGR-N91, aux propriétés invasives et métastatiques in vivo, exprime constitutivement des quantités modérées de CXCR4. La surexpression du récepteur dans cette lignée a accéléré la croissance tumorale in vivo, mais n'a pas augmenté pas l'occurrence des métastases. Les cellules IGR-N91, dans lesquelles l'expression de CXCR4 a été éteinte, suite à l'introduction de shRNA stable contre CXCR4, a présenté une croissance cellulaire plus lente, in vitro et in vivo. Afin d'identifier les gènes et les voies de signalisation impliqués dans les effets dépendants de CXCR4-CXCL12 dans le NB, des analyses du profil d'expression des gènes ont été effectuées sur les lignées cellulaires transfectées ou non (contrôle). Trois clones contrôles ont été comparés à 3 clones surexprimant CXCR4 pour chacune des lignées (IGR-NB8 et IGR-N91). Les analyses biostatiques ont identifié 10 gènes induits, dont CXCR4, et 31 gènes réprimés, communs entre tous les clones surexprimant CXCR4. Ces observations démontrent que la surexpression de CXCR4 dans le NB stimule la croissance, la survie et la migration chémotactique des cellules tumorales, mais est insuffisante pour induire ou augmenter leurs capacités invasives et métastatiques. Les voies de signalisation activées suite à la surexpression de CXCR4 et identifiées à travers le profil global de l'expression des gènes pourraient être des cibles intéressantes pour le développement de drogues capables d'inhiber la croissance tumorale. Abstact: Neuroblastoma (NB) is a devastating childhood neoplasm for which there is not yet an efficient treatment. Chemokines and their receptors have been involved in tumour growth and metastasis, and in particular the CXCR4/CXCL12 axis has been reported to mediate organ-specific cancer cells homing and invasion. The purpose of the study was to investigate the role of ectopic CXCR4 in the malignant behaviour of NB by studying tumour cell growth, survival, migration, and invasion in vitro and by validating these results using a murine orthotopic model of NB tumour progression in vivo. CXCR4 overexpression in the low metastatic, CXCR4-negative IGR-NB8 cells resulted in CXCL12-mediated chemotaxis in vitro. Furthermore, CXCR4 overexpressing cells were less affected by serum deprivation than mock-transduced cells. In vivo studies revealed that, at sacrifice, volumes of tumours developing in mice with orthotopically implanted NB8-CXCR4-C3 cells, were significantly increased compared to NB8-E6 control tumours. However, no induction of metastases was observed. The in vivo invasive and metastatic cell line IGR-N91 cell line constitutively expresses moderate levels of CXCR4. Overexpression of CXCR4 enhanced in vivo tumour growth but did not increase the occurrence of metastases. IGR-N91 cells where CXCR4 has been knocked-down by stable shRNA grew slower in vitro and in vivo. To identify genes and pathways involved in the CXCR4/CXCL12-mediated effects in NB expression, profiles analyses (Affymetrix) were performed on transduced and control cell lines. Three mock-transduced clones were compared to three CXCR4 overexpressing clones of either cell line IGR-NB8 and IGR-N91. Biostatistical analysis identified 10 commonly upregulated genes (including CXCR4) and 31 downregulated genes common to all CXCR4 overexpressing clones. These observations demonstrate that overexpression of CXCR4 in NB stimulates tumour cell growth, survival, and chemotactic migration but is not sufficient to induce or enhance invasive and metastatic capacities. Activated pathways upon CXCR4 overexpression, identified through global gene expression profiling may be interesting targets for drugs inhibiting tumour growth.