Cell-collagen interactions: the use of peptide Toolkits to investigate collagen-receptor interactions

Fibrillar collagens provide the most fundamental platform in the vertebrate organism for the attachment of cells and matrix molecules. we have identified specific sites in collagens to which cells can attach, either directly or through protein intermediaries. Using Toolkits of triple-helical peptides, each peptide comprising 27 residues of collagen primary sequence and overlapping with its neighbours by nine amino acids, we have mapped the binding of receptors and other proteins on to collagens II or III. Integrin alpha 2 beta 1 binds to several GXX'GER motifs within the collagens, the affinities of which differ sufficiently to control cell adhesion and migration independently of the cellular regulation of the integrin. The platelet receptor, Gp (glycoprotein) VI binds well to GPO (where 0 is hydroxyproline)-containing model peptides, but to very few Toolkit peptides, suggesting that sequence in addition to GPO triplets is important in defining GpVI binding. The Toolkits have been applied to the plasma protein vWF (von Willebrand factor), which binds to only a single sequence, identified by truncation and amino acid substitution within Toolkit peptides, as GXRGQOGVMGFO in collagens II and III. Intriguingly, the receptor tyrosine kinase, DDR2 (discoidin domain receptor 2) recognizes three sites in collagen II, including its vWF-binding site, although the amino acids that support the interaction differ slightly within this motif. Furthermore, the secreted protein BM-40 (basement membrane protein 40) also binds well to this same region. Thus the availability of extracellular collagen-binding proteins may be important in regulating and facilitating direct collagen-receptor interaction.

Engineering new strategies to improve pharmacokinetics of therapeutic proteins

Tese de doutoramento, Farmácia (Biotecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Transthyretin Amyloidosis: Chaperone Concentration Changes and Increased Proteolysis in the Pathway to Disease

Transthyretin amyloidosis is a conformational pathology characterized by the extracellular formation of amyloid deposits and the progressive impairment of the peripheral nervous system. Point mutations in this tetrameric plasma protein decrease its stability and are linked to disease onset and progression. Since non-mutated transthyretin also forms amyloid in systemic senile amyloidosis and some mutation bearers are asymptomatic throughout their lives, non-genetic factors must also be involved in transthyretin amyloidosis. We discovered, using a differential proteomics approach, that extracellular chaperones such as fibrinogen, clusterin, haptoglobin, alpha-1-anti-trypsin and 2-macroglobulin are overrepresented in transthyretin amyloidosis. Our data shows that a complex network of extracellular chaperones are over represented in human plasma and we speculate that they act synergistically to cope with amyloid prone proteins. Proteostasis may thus be as important as point mutations in transthyretin amyloidosis.

Dépistage prénatal de la trisomie 21 et autres aneuploïdies au premier trimestre

La présente thèse par articles aborde différentes facettes du dépistage prénatal de certaines aneuploïdies au premier trimestre de la grossesse. L’introduction retrace l’historique du dépistage prénatal et énonce les différents marqueurs biochimiques et échographiques associés aux aneuploïdies. La première publication démontre que le tabagisme maternel abaisse significativement les niveaux sanguins maternels de PAPP-A et de la fraction libre de la β-hCG et augmente significativement la clarté nucale, confirmant la nécessité de contrôler cette co-variable dans le calcul de risque final, du moins pour la trisomie 18. Le deuxième article identifie des seuils de clarté nucale au-delà desquels la biochimie génétique n’apporte aucune valeur additionnelle au dépistage prénatal de la trisomie 21 et de la trisomie 18. Pour les fœtus avec clarté nucale supérieure aux seuils établis, un diagnostic prénatal intrusif devrait être offert sans délai. Le troisième et dernier article porte sur la première détermination des niveaux plasmatiques maternels de la protéine FLRG (follistatin-related gene) au premier trimestre de grossesse et sur son rôle potentiel à titre de marqueur biochimique dans le dépistage prénatal de la trisomie 21. Bien que détectables, les niveaux plasmatiques maternels de FLRG ne sont pas significativement altérés en présence de fœtus avec syndrome de Down. Dans la discussion générale, les trois articles sont abordés sous un angle plus spécifique au Québec. Des données complémentaires et originales y sont présentées. Une discussion sur l’évolution future du dépistage prénatal est entamée et des axes de recherche sont proposés.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Études pharmacocinétiques exploratoires de certains médicaments utilisés en analgésie post-opératoire

La douleur post-opératoire chez les patients constitue un défi thérapeutique important pour les cliniciens. Le traitement de la douleur post-opératoire n’est pas accessoire ni optionnel, puisqu’il permet de donner un congé de l’hôpital plus rapide aux patients et ainsi, il contribue à des économies importantes pour notre système de santé. Parmi les approches thérapeutiques utilisées pour la prise en charge de la douleur post-opératoire, cette thèse s’intéresse particulièrement aux blocs de nerfs périphériques par les anesthésiques locaux et à l’administration de la néostigmine par voie épidurale. Ces médicaments sont utilisés en clinique sans avoir préalablement établi, en se basant sur leur propriétés pharmacocinétiques et pharmacodynamiques spécifiques, leurs doses optimales. Ces doses devraient également tenir en considération les particularités anatomiques du site d’injection par rapport au site d’action. Cette thèse inclut des études exploratoires qui ont contribué à caractériser la pharmacocinétique de la ropivacaïne et de la bupivacaïne ainsi que la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine. La première étude portait sur seize patients subissant une chirurgie orthopédique avec un bloc combiné des nerfs fémoral et sciatique par la ropivacaïne (n=8) ou la bupivacaïne (n=8). C’était la première étude qui a inclu des temps d’échantillons pharmacocinétiques allant jusqu’à 32 h après le bloc et ces résultats ont démontré une variabilité interindividuelle considérable. La modélisation par approche de population a aidé à expliquer les sources de la variabilité et démontré que l’absorption systémique des anesthésiques locaux était très lente. De plus, les concentrations plasmatiques demeuraient mesurables, et dans certains cas présentaient un plateau, 32 h après le bloc. Dans les prochaines études, un échantillonnage allant jusqu’à 4 ou 5 jours sera nécessaire afin d’atteindre la fin de l’absorption. La deuxième étude a établi le développement d’un modèle animal en étudiant la pharmacocinétique de la ropivacaïne après administration intraveineuse ainsi que son degré de liaison aux protéines plasmatiques chez le lapin (n=6). Les résultats ont démontré que, chez le lapin la ropivacaïne est beaucoup moins liée aux protéines plasmatiques comparativement à l’humain. Ce résultat important sera utile pour planifier les prochaines études précliniques. La troisième étude a exploré, pour la première fois, la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine administrée par voie épidurale et a essayé de caractériser la courbe dose-réponse en utilisant trois doses différentes : 0.5, 1 et 1.5 mg. Bien que les concentrations de la néostigmine dans le liquide céphalo-rachidien fussent très variables une relation inverse entre la consommation de mépéridine et la dose de néostigmine a été démontrée. La dose de 1.5 mg a donné une meilleure réponse pharmacodynamique sur la douleur, mais elle a été considérée comme dangereuse puisqu’elle a résulté en deux cas d’hypertension. Nous avons conclu que des doses plus faibles que 1.5 mg devront être utilisées lors de l’utilisation de la néostigmine par voie épidurale. En conclusion, les études rapportées dans cette thèse ont exploré les propriétés pharmacocinétiques et/ou pharmacodynamiques de certains médicaments utilisés pour le traitement de la douleur post-opératoire. Ceci mènera au but ultime qui est la meilleure prise en charge de la douleur post-opératoire chez les patients.

Rendimiento operativo de la tamizacion doble ajustada por raza para la deteccion de aneuploidias en poblacion colombiana

Actualmente, los algoritmos utilizados para la detección de alteraciones cromosómicas se han basado en los resultados obtenidos de poblaciones caucásicas, afrocaribeñas y asiáticas, las cuales, no tienen las mismas características de la raza mestiza. De allí, surgió el interés de realizar un estudio que permitiera determinar los valores de los marcadores serológicos, empleados en la tamización de aneuploidías, en población latina, para establecer un punto de corte ajustado a la raza mestiza. Se encuentra en desarrollo un estudio de validación de prueba diagnóstica, cuyos avances se presentan a continuación. En esta investigación, hasta el momento, se han incluido 1418 pacientes entre 11-13.6 semanas, sometidas a tamización combinada para la detección de aneuploidías. Se realizó un ajuste por raza de valores de medianas y sus múltiplos para los marcadores y se determinó el rendimiento operativo de la prueba luego de dicho ajuste. Posteriormente, se realizó una comparación entre ambas pruebas. Los niveles de B-hCG son 17.1 % más bajos en población mestiza colombiana, comparado con población caucásica y los niveles de PAPP-A son 19% inferiores. Las tasas de detección de la prueba, utilizando los valores convencionales, son del 60 % y, luego del ajuste por raza, es del 53 %. Haciendo el cálculo de riesgo, utilizando los nuevos múltiplos de mediana, no existen diferencias en aplicar la tamización con los valores convencionales entre las semanas 11 y 12 pero, en semana 13, los valores aplicados a población caucásica presentan una mejor tasa de detección que utilizar la prueba ajustada.

PAPP-A y β-hCG libre como predictores de preeclampsia y bajo peso al nacer en una población latina

Introducción: La Preeclampsia ocurre entre el 2-7% de los embarazos. Previos estudios han sugerido la asociación entre los niveles alterados de PAPP-A y la β-hCG libre con el desarrollo de Preeclampsia (PE) y/o Bajo Peso al Nacer (BPN). Metodología: El diseño del estudio es de Prueba Diagnóstica con enfoque de casos y controles. Las mediciones séricas de PAPP-A y la β-hCG libre, fueron realizadas entre la semana 11-13.6 días durante 2 años. Resultados: La cohorte incluyó 399 pacientes, la incidencia de PE fue de 2,26% y de BPN fue de 14.54%. El punto de corte del percentil 10 fue MoM PAPP-A: 0,368293 y MoM β-hCG libre: 0,412268; la especificidad en PE leve fue de 90,5 y para BPN de 90. Los MoM de la β-hCG libre, la edad y el peso materno se comportan como factores de riesgo, mientras que mayores valores de MoM de la PAPP-A y mayor número de partos factores de protección. Para el BPEG severo la edad materna y la paridad se comportan como factores de riesgo, mientras que un aumento promedio de los valores de los MoM de la PAPP-A y la β-hCG libre, como factores de protección en el desarrollo de BPEG Severo. Conclusiones: Existe una relación significativa entre los valores alterados de PAPP-A y de β-hCG libre, valorados a la semana 11 a 13 con la incidencia de Preeclampsia y de Bajo Peso al nacer en fetos cromosómicamente normales, mostrando unos niveles significativamente más bajos a medida que aumentaba la severidad de la enfermedad.

Association of genetic variants in complement factor H and factor H-related genes with systemic lupus erythematosus susceptibility

Systemic lupus erythematosus (SLE), a complex polygenic autoimmune disease, is associated with increased complement activation. Variants of genes encoding complement regulator factor H (CFH) and five CFH-related proteins (CFHR1-CFHR5) within the chromosome 1q32 locus linked to SLE, have been associated with multiple human diseases and may contribute to dysregulated complement activation predisposing to SLE. We assessed 60 SNPs covering the CFH-CFHRs region for association with SLE in 15,864 case-control subjects derived from four ethnic groups. Significant allelic associations with SLE were detected in European Americans (EA) and African Americans (AA), which could be attributed to an intronic CFH SNP (rs6677604, in intron 11, Pmeta = 6.6×10-8, OR = 1.18) and an intergenic SNP between CFHR1 and CFHR4 (rs16840639, Pmeta = 2.9×10-7, OR = 1.17) rather than to previously identified disease-associated CFH exonic SNPs, including I62V, Y402H, A474A, and D936E. In addition, allelic association of rs6677604 with SLE was subsequently confirmed in Asians (AS). Haplotype analysis revealed that the underlying causal variant, tagged by rs6677604 and rs16840639, was localized to a ~146 kb block extending from intron 9 of CFH to downstream of CFHR1. Within this block, the deletion of CFHR3 and CFHR1 (CFHR3-1Δ), a likely causal variant measured using multiplex ligation-dependent probe amplification, was tagged by rs6677604 in EA and AS and rs16840639 in AA, respectively. Deduced from genotypic associations of tag SNPs in EA, AA, and AS, homozygous deletion of CFHR3-1Δ (Pmeta = 3.2×10-7, OR = 1.47) conferred a higher risk of SLE than heterozygous deletion (Pmeta = 3.5×10-4, OR = 1.14). These results suggested that the CFHR3-1Δ deletion within the SLE-associated block, but not the previously described exonic SNPs of CFH, might contribute to the development of SLE in EA, AA, and AS, providing new insights into the role of complement regulators in the pathogenesis of SLE.

4-Hydroxynonenal, an endogenous aldehyde, causes pain and neurogenic inflammation through activation of the irritant receptor TRPA1

TRPA1 is an excitatory ion channel expressed by a subpopulation of primary afferent somatosensory neurons that contain substance P and calcitonin gene-related peptide. Environmental irritants such as mustard oil, allicin, and acrolein activate TRPA1, causing acute pain, neuropeptide release, and neurogenic inflammation. Genetic studies indicate that TRPA1 is also activated downstream of one or more proalgesic agents that stimulate phospholipase C signaling pathways, thereby implicating this channel in peripheral mechanisms controlling pain hypersensitivity. However, it is not known whether tissue injury also produces endogenous proalgesic factors that activate TRPA1 directly to augment inflammatory pain. Here, we report that recombinant or native TRPA1 channels are activated by 4-hydroxy-2-nonenal (HNE), an endogenous alpha,beta-unsaturated aldehyde that is produced when reactive oxygen species peroxidate membrane phospholipids in response to tissue injury, inflammation, and oxidative stress. HNE provokes release of substance P and calcitonin gene-related peptide from central (spinal cord) and peripheral (esophagus) nerve endings, resulting in neurogenic plasma protein extravasation in peripheral tissues. Moreover, injection of HNE into the rodent hind paw elicits pain-related behaviors that are inhibited by TRPA1 antagonists and absent in animals lacking functional TRPA1 channels. These findings demonstrate that HNE activates TRPA1 on nociceptive neurons to promote acute pain, neuropeptide release, and neurogenic inflammation. Our results also provide a mechanism-based rationale for developing novel analgesic or anti-inflammatory agents that target HNE production or TRPA1 activation.

PK/DB: database for pharmacokinetic properties and predictive in silico ADME models

The study of pharmacokinetic properties (PK) is of great importance in drug discovery and development. In the present work, PK/DB (a new freely available database for PK) was designed with the aim of creating robust databases for pharmacokinetic studies and in silico absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME) prediction. Comprehensive, web-based and easy to access, PK/DB manages 1203 compounds which represent 2973 pharmacokinetic measurements, including five models for in silico ADME prediction (human intestinal absorption, human oral bioavailability, plasma protein binding, bloodbrain barrier and water solubility).

Alterações no metabolismo de zinco relacionadas ao envelhecimento

Although many studies point to alterations in the organic concentrations of zinc in elderly patients, the mechanisms by which aging might cause changes in the metabolism of this nutrient remain unclear. Thus, we assessed the changes in plasma zinc, Zinc Binding Capacity to Plasma Protein (ZnBCPP) and Saturation Index (SI), comparing elderly individuals and young adults. The zinc analyses were performed by atomic absorption spectrophotometry. A statistically significant difference (p < 0.001) was found between the two groups, in relation to plasma zinc and SI, but the ZnBCPP did not differ between the younger and older subjects. In agreement with this result, it was shown in the young group that 76% (R2 = 0.760) of the ZnBCPP variations are explained by the variations in plasma zinc and SI. In the elderly group this measure decreased to 30.5% (R2 = 0.305). We conclude, therefore, that aging may be a factor associated to changes in control mechanisms and in zinc homeostasis, and could even alter ZnBCPP response patterns and other zinc-related indicators of nutritional status.

Sodium chloride added to transport water and physiological responses of Matrinxã Brycon amazonicus (Teleost: Characidae)

A adição de sal à água tem sido utilizada para a mitigação de estresse e aumento da taxa de sobrevivência em peixes. O presente estudo avaliou o efeito do cloreto de sódio (0,0; 1,0; 3,0 e 6.0 g/l) nas concentrações de cortisol plasmático, glicemia, triglicerídios, proteínas total plasmática, hematócrito, hemoglobina, número de eritrócitos, glicogênio e lipídio hepáticos, e lipídio muscular em matrinxã Brycon amazonicum adultos após quatro horas de transporte e durante período de recuperação de 96 h. Amostras foram coletadas antes e depois do transporte, bem como 24 e 96 h após a chegada. O nível de cortisol plasmático estava mais elevado logo após o transporte quando comparado à condição inicial (pré-transporte), exceto para os peixes transportados com sal nas concentrações 3,0 e 6,0 g/l. Comportamento semelhante foi observado para a glicemia, porém os peixes dos tratamentos 0,0, 1,0 e 3,0 g/l necessitaram de período superior a 24 h para recuperar a condição inicial. Foram registrados níveis mais baixos de glicogênio hepático em peixes do tratamento controle (0,0 g/l). Os parâmetros hemoglobina, número de eritrócitos, proteína plasmática total e lipídio hepático não apresentaram alterações durante o período experimental. Os valores de hematócrito diminuíram logo após o transporte em todos os tratamentos, retornando aos níveis iniciais após 24 h. Todos os tratamentos apresentaram redução nos níveis de lipídio muscular e triglicerídios durante o período de recuperação. Os resultados sugerem que a adição de 6,0 g/l de sal na água de transporte reduz as alterações fisiológicas de estresse e que é necessário período de 96 h após o transporte para a recuperação da condição inicial de matrinxãs transportados sem a adição de sal.

Hemograma e proteinograma plasmático de eqüinos hígidos e de eqüinos acometidos por abdômem agudo, antes e após laparotomia

Foram examinados 20 eqüinos adultos, 10 sadios e 10 acometidos por abdômen agudo, submetidos à laparotomia. O exame clínico e a colheita de amostras de sangue foram realizados antes da laparotomia e diariamente, a partir da cirurgia, até o 10º dia após a intervenção. Constatou-se elevação da temperatura retal, das freqüências cardíaca e respiratória, do número de hemácias e de leucócitos, do volume globular e dos valores das proteínas plasmáticas após a cirurgia, em ambos os grupos, porém com valores mais elevados nos animais enfermos, especialmente do número de neutrófilos. O proteinograma plasmático dos eqüinos com abdômen agudo mostrou que houve elevação significativa nas concentrações de proteínas na fase aguda com maiores valores ao redor de 48 horas após a cirurgia. Os resultados indicaram que o padrão de elevação e decréscimo dessas proteínas pode ser útil na definição do prognóstico do quadro clínico de abdômen agudo e da recuperação cirúrgica dos eqüinos.

Hematology of the Red-Capped Parrot (Pionopsitta pileata) and Vinaceous Amazon Parrot (Amazona vinacea) in Captivity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)