Molecular paleoparasitological diagnosis of Ascaris sp. from coprolites: new scenery of ascariasis in pre-Colombian South America times

Paleoparasitological studies using microscopy showed that Ascarisand Trichuris trichiura are the human intestinal parasites most found in archaeological sites. However, in pre-Columbian South American archaeological sites, Ascaris is rare. In this work we standardized a molecular methodology for Ascaris diagnosis directly from ancient DNA retrieved from coprolites. Using cythochrome b gene (142 bp) target, ancient DNA sequences were retrieved from South American samples, negative by microscopy. Moreover, the methodology applied was sensitive enough to detect ancient DNA extracted from 30 Ascaris eggs from an European coprolite. These results revealed a new scenery for the paleodistribution of Ascaris in South America.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Pre-Columbian Chagas disease in Brazil: Trypanosoma cruzi I in the archaeological remains of a human in Peruaçu Valley, Minas Gerais, Brazil

We evaluated the presence and distribution of Trypanosoma cruzi DNA in a mummy presenting with megacolon that was dated as approximately 560 ± 40 years old. The mummy was from the Peruaçu Valley in the state of Minas Gerais, Brazil. All samples were positive for T. cruzi minicircle DNA, demonstrating the presence and broad dissemination of the parasite in this body. From one sample, a mini-exon gene fragment was recovered and characterized by sequencing and was found to belong to the T. cruzi I genotype. This finding suggests that T. cruzi I infected humans during the pre-Columbian times and that, in addition to T. cruzi infection, Chagas disease in Brazil most likely preceded European colonization.

Added Value of Deep Sequencing Relative to Population Sequencing in Heavily Pre-Treated HIV-1-Infected Subjects.

OBJECTIVE: To explore the potential of deep HIV-1 sequencing for adding clinically relevant information relative to viral population sequencing in heavily pre-treated HIV-1-infected subjects. METHODS: In a proof-of-concept study, deep sequencing was compared to population sequencing in HIV-1-infected individuals with previous triple-class virological failure who also developed virologic failure to deep salvage therapy including, at least, darunavir, tipranavir, etravirine or raltegravir. Viral susceptibility was inferred before salvage therapy initiation and at virological failure using deep and population sequencing genotypes interpreted with the HIVdb, Rega and ANRS algorithms. The threshold level for mutant detection with deep sequencing was 1%. RESULTS: 7 subjects with previous exposure to a median of 15 antiretrovirals during a median of 13 years were included. Deep salvage therapy included darunavir, tipranavir, etravirine or raltegravir in 4, 2, 2 and 5 subjects, respectively. Self-reported treatment adherence was adequate in 4 and partial in 2; one individual underwent treatment interruption during follow-up. Deep sequencing detected all mutations found by population sequencing and identified additional resistance mutations in all but one individual, predominantly after virological failure to deep salvage therapy. Additional genotypic information led to consistent decreases in predicted susceptibility to etravirine, efavirenz, nucleoside reverse transcriptase inhibitors and indinavir in 2, 1, 2 and 1 subject, respectively. Deep sequencing data did not consistently modify the susceptibility predictions achieved with population sequencing for darunavir, tipranavir or raltegravir. CONCLUSIONS: In this subset of heavily pre-treated individuals, deep sequencing improved the assessment of genotypic resistance to etravirine, but did not consistently provide additional information on darunavir, tipranavir or raltegravir susceptibility. These data may inform the design of future studies addressing the clinical value of minority drug-resistant variants in treatment-experienced subjects.

Options for clinical trials of pre and post-natal treatments for congenital toxoplasmosis

Clinical trials comparing different drug regimens and strategies for the treatment of congenital toxoplasmosis and its clinical manifestations in the liveborn child in different clinical settings should aim at formally evaluating the net benefit of existing treatments and at developing new therapeutic options. Currently, there is no ideal drug for congenital toxoplasmosis; future research should focus on the screening of new active drugs and on their pre-clinical and early clinical development, with a focus on pharmacokinetic/dynamic studies and teratogenicity. For the prenatal treatment of congenital toxoplasmosis, a trial comparing spiramycine to pyrimethamine-sulphadiazine and placebo would allow a formal estimation of the effect of both drugs in infected pregnant women. In newborn children, the net benefit of pyrimethamine-sulphadiazine should also be formally assessed. These trials will be implemented in settings where prenatal screening for Toxoplasma gondii is currently implemented. Trials should be carefully designed to allow for translation to other settings and modelling tools like cost-effectiveness analysis should be used to provide clinicians and founders with the best available evidence to establish recommendations.

Population pharmacokinetic study of gentamicin: A retrospective analysis in a large cohort of neonate patients

Objectives: Gentamicin is one of the most commonly prescribed antibiotics for suspected or proven infection in newborns. Because of age-associated (pre- and post- natal) changes in body composition and organ function, large interindividual variability in gentamicin drug levels exists, thus requiring a close monitoring of this drug due to its narrow therapeutic index. We aimed to investigate clinical and demographic factors influencing gentamicin pharmacokinetics (PK) in a large cohort of unselected newborns and to explore optimal regimen based on simulation. Methods: All gentamicin concentration data from newborns treated at the University Hospital Center of Lausanne between December 2006 and October 2011 were retrieved. Gentamicin concentrations were measured within the frame of a routine therapeutic drug monitoring program, in which 2 concentrations (at 1h and 12h) are systematically collected after the first administered dose, and a few additional concentrations are sampled along the treatment course. A population PK analysis was performed by comparing various structural models, and the effect of clinical and demographic factors on gentamicin disposition was explored using NONMEM®. Results: A total of 3039 concentrations collected in 994 preterm (median gestational age 32.3 weeks, range 24.2-36.5 weeks) and 455 term newborns were used in the analysis. Most of the data (86%) were sampled after the first dose (C1 h and C12 h). A two-compartment model best characterized gentamicin PK. Average clearance (CL) was 0.044 L/h/kg (CV 25%), central volume of distribution (Vc) 0.442 L/kg (CV 18%), intercompartmental clearance (Q) 0.040 L/h/kg and peripheral volume of distribution (Vp) 0.122 L/kg. Body weight, gestational age and postnatal age positively influenced CL. The use of both gestational age and postnatal age better predicted CL than postmenstrual age alone. CL was affected by dopamine and furosemide administration and non-significantly by indometacin. Body weight, gestational age and dopamine coadminstration significantly influenced Vc. Model based simulation confirms that preterm infants need higher dose, superior to 4 mg/kg, and extended interval dosage regimen to achieve adequate concentration. Conclusions: This study, performed on a very large cohort of neonates, identified important factors influencing gentamicin PK. The model will serve to elaborate a Bayesian tool for dosage individualization based on a single measurement.

The Presence of Precursors of Benign Pre-B Lymphoblasts (Hematogones) in the Bone Marrow of a Paediatric Patient with Cytomegalovirus Infection

Hematogones are normal B-lymphoid precursors that multiply in the bone marrow of small children and of adults with ferropenic anaemia, neuroblastoma or idiopathic thrombocytopenic purpura. They are not normally found in peripheral blood, and the immunophenotype is virtually indistinguishable from that of B lymphoblasts. We discuss the case of a 3-month infant with an active cytomegalovirus infection, with hepatitis and pancytopenia associated with 13% hematogones in the bone marrow

In vivo quantification of neuro-glial metabolism and glial glutamate concentration using 1H-[13C] MRS at 14.1T.

Astrocytes have recently become a major center of interest in neurochemistry with the discoveries on their major role in brain energy metabolism. An interesting way to probe this glial contribution is given by in vivo (13) C NMR spectroscopy coupled with the infusion labeled glial-specific substrate, such as acetate. In this study, we infused alpha-chloralose anesthetized rats with [2-(13) C]acetate and followed the dynamics of the fractional enrichment (FE) in the positions C4 and C3 of glutamate and glutamine with high sensitivity, using (1) H-[(13) C] magnetic resonance spectroscopy (MRS) at 14.1T. Applying a two-compartment mathematical model to the measured time courses yielded a glial tricarboxylic acid (TCA) cycle rate (Vg ) of 0.27 ± 0.02 μmol/g/min and a glutamatergic neurotransmission rate (VNT ) of 0.15 ± 0.01 μmol/g/min. Glial oxidative ATP metabolism thus accounts for 38% of total oxidative metabolism measured by NMR. Pyruvate carboxylase (VPC ) was 0.09 ± 0.01 μmol/g/min, corresponding to 37% of the glial glutamine synthesis rate. The glial and neuronal transmitochondrial fluxes (Vx (g) and Vx (n) ) were of the same order of magnitude as the respective TCA cycle fluxes. In addition, we estimated a glial glutamate pool size of 0.6 ± 0.1 μmol/g. The effect of spectral data quality on the fluxes estimates was analyzed by Monte Carlo simulations. In this (13) C-acetate labeling study, we propose a refined two-compartment analysis of brain energy metabolism based on (13) C turnover curves of acetate, glutamate and glutamine measured with state of the art in vivo dynamic MRS at high magnetic field in rats, enabling a deeper understanding of the specific role of glial cells in brain oxidative metabolism. In addition, the robustness of the metabolic fluxes determination relative to MRS data quality was carefully studied.

A nutritional intervention study with hydrolyzed collagen in pre-pubertal Spanish children: influence on bone modeling biomarkers

Aim: The aim of the study was to investigate the influence of dietary intake of commercial hydrolyzed collagen (Gelatine Royal ®) on bone remodeling in pre-pubertal children. Methods: A randomized double-blind study was carried out in 60 children (9.42 ± 1.31 years) divided into three groups according to the amount of partially hydrolyzed collagen taken daily for 4 months: placebo (G-I, n = 18), collagen (G-II, n = 20) and collagen + calcium (G-III, n = 22) groups. Analyses of the following biochemical markers were carried out: total and bone alkaline phosphatase (tALP and bALP), osteocalcin, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), type I collagen carboxy terminal telopeptide, lipids, calcium, 25-hydroxyvitamin D, insulin-like growth factor 1 (IGF-1), thyroid-stimulating hormone, free thyroxin and intact parathormone. Results: There was a significantly greater increase in serum IGF-1 in G-III than in G II (p < 0.01) or G-I (p < 0.05) during the study period, and a significantly greater increase in plasma tALP in G-III than in G-I (p < 0.05). Serum bALP behavior significantly (p < 0.05) differed between G-II (increase) and G-I (decrease). Plasma TRAP behavior significantly differed between G-II and G-I (p < 0.01) and between G-III and G-II (p < 0.05). Conclusion: Daily dietary intake of hydrolyzed collagen seems to have a potential role in enhancing bone remodeling at key stages of growth and development.

Pre-hospital antibiotic treatment and mortality caused by invasive meningococcal disease, adjusting for indication bias.

Background: Mortality from invasive meningococcal disease (IMD) has remained stable over the last thirty years and it is unclear whether pre-hospital antibiotherapy actually produces a decrease in this mortality. Our aim was to examine whether pre-hospital oral antibiotherapy reduces mortality from IMD, adjusting for indication bias. Methods: A retrospective analysis was made of clinical reports of all patients (n = 848) diagnosed with IMD from 1995 to 2000 in Andalusia and the Canary Islands, Spain, and of the relationship between the use of pre-hospital oral antibiotherapy and mortality. Indication bias was controlled for by the propensity score technique, and a multivariate analysis was performed to determine the probability of each patient receiving antibiotics, according to the symptoms identified before admission. Data on in-hospital death, use of antibiotics and demographic variables were collected. A logistic regression analysis was then carried out, using death as the dependent variable, and prehospital antibiotic use, age, time from onset of symptoms to parenteral antibiotics and the propensity score as independent variables. Results: Data were recorded on 848 patients, 49 (5.72%) of whom died. Of the total number of patients, 226 had received oral antibiotics before admission, mainly betalactams during the previous 48 hours. After adjusting the association between the use of antibiotics and death for age, time between onset of symptoms and in-hospital antibiotic treatment, pre-hospital oral antibiotherapy remained a significant protective factor (Odds Ratio for death 0.37, 95% confidence interval 0.15–0.93). Conclusion: Pre-hospital oral antibiotherapy appears to reduce IMD mortality.

Sources of pre-analytical variations in yield of DNA extracted from blood samples: analysis of 50,000 DNA samples in EPIC.

The European Prospective Investigation into Cancer and nutrition (EPIC) is a long-term, multi-centric prospective study in Europe investigating the relationships between cancer and nutrition. This study has served as a basis for a number of Genome-Wide Association Studies (GWAS) and other types of genetic analyses. Over a period of 5 years, 52,256 EPIC DNA samples have been extracted using an automated DNA extraction platform. Here we have evaluated the pre-analytical factors affecting DNA yield, including anthropometric, epidemiological and technical factors such as center of subject recruitment, age, gender, body-mass index, disease case or control status, tobacco consumption, number of aliquots of buffy coat used for DNA extraction, extraction machine or procedure, DNA quantification method, degree of haemolysis and variations in the timing of sample processing. We show that the largest significant variations in DNA yield were observed with degree of haemolysis and with center of subject recruitment. Age, gender, body-mass index, cancer case or control status and tobacco consumption also significantly impacted DNA yield. Feedback from laboratories which have analyzed DNA with different SNP genotyping technologies demonstrate that the vast majority of samples (approximately 88%) performed adequately in different types of assays. To our knowledge this study is the largest to date to evaluate the sources of pre-analytical variations in DNA extracted from peripheral leucocytes. The results provide a strong evidence-based rationale for standardized recommendations on blood collection and processing protocols for large-scale genetic studies.

Targeting anticancer therapy : clinical and preclinical approaches

AbstractCancer treatment has shifted from cytotoxic and nonspecific chemotherapy to chronic treatment with targeted molecular therapies. These new classes of drugs directed against cancer-specific molecules and signaling pathways, act at a particular level of the tumor cell development. However, in both types of therapeutic approaches (standard cytotoxic chemotherapy and targeted signal transduction inhibitions), toxicity and side effects can occur. The aim of this thesis was to investigate various approaches to improve the activity and tolerability of cancer treatment, in a clinical setting, a) by molecular targeting through the use of tyrosine kinase inhibitors (TKIs), whose dosage can be adapted to each patient according to plasma levels, and, b) in a preclinical model, by tissue targeting with locoregional administration of cytotoxic chemotherapy to increase drug exposure in the target tissue while reducing systemic toxicity of the treatment.A comprehensive program for the Therapeutic Drug Monitoring (TDM) of the new class of targeted anticancer drugs of TKIs in patient's blood has been therefore initiated comprising the setting up, validation and clinical application of a multiplex assay by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry of TKIs in plasma from cancer patients. Information on drugs exposure may be clinically useful for an optimal follow-up of patients' anticancer treatment, especially in case of less than optimal clinical response, occurrence of adverse drug reaction effects and the numerous risks of drug-drug interactions. In this context, better knowledge of the potential drug interactions between TKIs and widely prescribed co- medications is of critical importance for clinicians, to improve their daily care of cancer patients. For one of the first TKI imatinib, TDM interpretation is nowadays based on total plasma concentrations but, only the unbound (free) form is likely to enter cell to exert its pharmacological action. Pharmacokinetic analysis of the total and free plasma level of imatinib measured simultaneously in patients have allowed to refine and validate a population pharmacokinetic model integrating factors influencing in patients the exposure of pharmacological active species. The equation developed from this model may be used for extrapolating free imatinib plasma concentration based on the total plasma levels that are currently measured in TDM from patients. Finally, the specific influence of Pglycoprotein on the intracellular disposition of TKIs has been studies in cell systems using the siRNA silencing approach.Another approach to enhance the selectivity of anticancer treatment may be achieved by the loco-regional administration of a cytostatic agent to the target organ while sparing non- affected tissues. Isolated lung perfusion (ILP) was designed for the treatment of loco-regional malignancies of the lung but clinical results have been so far disappointing. It has been shown in a preclinical model in rats that ILP with the cytotoxic agent doxorubicin alone allows a high drug uptake in lung tissue, and a low systemic toxicity, but was characterized by a high spatial tissular heterogeneity in drug exposure and doxorubicin uptake in tumor was comparatively smaller than in normal lung tissue. Photodynamic therapy (PDT) is a new approach for the treatment of superficial tumors, and implies the application of a sensitizer activated by a laser light at a specific wavelength, that disrupts endothelial barrier of tumor vessels to increase locally the distribution of cytostatics into the tumor tissue. PDT pre-treatment before intravenous administration of liposomal doxorubicin was indeed shown to selectively increase drug uptake in tumors in a rat model of sarcoma tumors to the lung.RésuméLe traitement de certains cancers s'est progressivement transformé et est passé de la chimiothérapie, cytotoxique et non spécifique, au traitement chronique des patients avec des thérapies moléculaires ciblées. Ces médicaments ont une action ciblée en interférant à un niveau spécifique du développement de la cellule tumorale. Dans les deux types d'approches thérapeutiques (chimiothérapie cytotoxique et traitements ciblés), on est confronté à la présence de toxicité et aux effets secondaires du traitement anticancéreux. Le but de cette thèse a donc été d'étudier diverses approches visant à améliorer l'efficacité et la tolérabilité du traitement anticancéreux, a) dans le cadre d'une recherche clinique, par le ciblage moléculaire grâce aux inhibiteurs de tyrosines kinases (TKIs) dont la posologie est adaptée à chaque patient, et b) dans un modèle préclinique, par le ciblage tissulaire grâce à l'administration locorégionale de chimiothérapie cytotoxique, afin d'augmenter l'exposition dans le tissu cible et de réduire la toxicité systémique du traitement.Un programme de recherche sur le suivi thérapeutique (Therapeutic Drug Monitoring, TDM) des inhibiteurs de tyrosine kinases a été ainsi mis en place et a impliqué le développement, la validation et l'application clinique d'une méthode multiplex par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem des TKIs chez les patients souffrant de cancer. L'information fournie par le TDM sur l'exposition des patients aux traitements ciblés est cliniquement utile et est susceptible d'optimiser la dose administrée, notamment dans les cas où la réponse clinique au traitement des patients est sous-optimale, en présence d'effets secondaires du traitement ciblé, ou lorsque des risques d'interactions médicamenteuses sont suspectés. Dans ce contexte, l'étude des interactions entre les TKIs et les co-médications couramment associées est utile pour les cliniciens en charge d'améliorer au jour le jour la prise en charge du traitement anticancéreux. Pour le premier TKI imatinib, l'interprétation TDM est actuellement basée sur la mesure des concentrations plasmatiques totales alors que seule la fraction libre (médicament non lié aux protéines plasmatiques circulantes) est susceptible de pénétrer dans la cellule pour exercer son action pharmacologique. L'analyse pharmacocinétique des taux plasmatiques totaux et libres d'imatinib mesurés simultanément chez les patients a permis d'affiner et de valider un modèle de pharmacocinétique de population qui intègre les facteurs influençant l'exposition à la fraction de médicament pharmacologiquement active. L'équation développée à partir de ce modèle permet d'extrapoler les concentrations libres d'imatinib à partir des concentrations plasmatiques totales qui sont actuellement mesurées lors du TDM des patients. Finalement, l'influence de la P-glycoprotéine sur la disposition cellulaire des TKIs a été étudiée dans un modèle cellulaire utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments.Une autre approche pour augmenter la sélectivité du traitement anticancéreux consiste en une administration loco-régionale d'un agent cytostatique directement au sein de l'organe cible tout en préservant les tissus sains. La perfusion isolée du poumon (ILP) a été conçue pour le traitement loco-régional des cancers affectant les tissus pulmonaires mais les résultats cliniques ont été jusqu'à ce jour décevants. Dans des modèles précliniques chez le rat, il a pu être démontré que l'ILP avec la doxorubicine, un agent cytotoxique, administré seul, permet une exposition élevée au niveau du tissu pulmonaire, et une faible toxicité systémique. Toutefois, cette technique est caractérisée par une importante variabilité de la distribution dans les tissus pulmonaires et une pénétration du médicament au sein de la tumeur comparativement plus faible que dans les tissus sains.La thérapie photodynamique (PDT) est une nouvelle approche pour le traitement des tumeurs superficielles, qui consiste en l'application d'un agent sensibilisateur activé par une lumière laser de longueur d'onde spécifique, qui perturbe l'intégrité physiologique de la barrière endothéliale des vaisseaux alimentant la tumeur et permet d'augmenter localement la pénétration des agents cytostatiques.Nos études ont montré qu'un pré-traitement par PDT permet d'augmenter sélectivement l'absorption de doxorubicine dans les tumeurs lors d'administration i.v. de doxorubicine liposomale dans un modèle de sarcome de poumons de rongeurs.Résumé large publicDepuis une dizaine d'année, le traitement de certains cancers s'est progressivement transformé et les patients qui devaient jusqu'alors subir des chimiothérapies, toxiques et non spécifiques, peuvent maintenant bénéficier de traitements chroniques avec des thérapies ciblées. Avec les deux types d'approches thérapeutiques, on reste cependant confronté à la toxicité et aux effets secondaires du traitement.Le but de cette thèse a été d'étudier chez les patients et dans des modèles précliniques les diverses approches visant à améliorer l'activité et la tolérance des traitements à travers un meilleur ciblage de la thérapie anticancéreuse. Cet effort de recherche nous a conduits à nous intéresser à l'optimisation du traitement par les inhibiteurs de tyrosines kinases (TKIs), une nouvelle génération d'agents anticancéreux ciblés agissant sélectivement sur les cellules tumorales, en particulier chez les patients souffrant de leucémie myéloïde chronique et de tumeurs stromales gastro-intestinales. L'activité clinique ainsi que la toxicité de ces TKIs paraissent dépendre non pas de la dose de médicament administrée, mais de la quantité de médicaments circulant dans le sang auxquelles les tumeurs cancéreuses sont exposées et qui varient beaucoup d'un patient à l'autre. A cet effet, nous avons développé une méthode par chromatographie couplée à la spectrométrie de masse pour mesurer chez les patients les taux de médicaments de la classe des TKIs dans la perspective de piloter le traitement par une approche de suivi thérapeutique (Therapeutic Drug Monitoring, TDM). Le TDM repose sur la mesure de la quantité de médicament dans le sang d'un patient dans le but d'adapter individuellement la posologie la plus appropriée: des quantités insuffisantes de médicament dans le sang peuvent conduire à un échec thérapeutique alors qu'un taux sanguin excessif peut entraîner des manifestations toxiques.Dans une seconde partie préclinique, nous nous sommes concentrés sur l'optimisation de la chimiothérapie loco-régionale dans un modèle de sarcome du poumon chez le rat, afin d'augmenter l'exposition dans la tumeur tout en réduisant la toxicité dans les tissus non affectés.La perfusion isolée du poumon (ILP) permet d'administrer un médicament anticancéreux cytotoxique comme la doxorubicine, sélectivement au niveau le tissu pulmonaire où sont généralement localisées les métastases de sarcome. L'administration par ILP de doxorubicine, toxique pour le coeur, a permis une forte accumulation des médicaments dans le poumon, tout en épargnant le coeur. Il a été malheureusement constaté que la doxorubicine ne pénètre que faiblement dans la tumeur sarcomateuse, témoignant des réponses cliniques décevantes observées avec cette approche en clinique. Nous avons ainsi étudié l'impact sur la pénétration tumorale de l'association d'une chimiothérapie cytotoxique avec la thérapie photodynamique (PDT) qui consiste en l'irradiation spécifique du tissu-cible cancéreux, après l'administration d'un agent photosensibilisateur. Dans ce modèle animal, nous avons observé qu'un traitement par PDT permet effectivement d'augmenter de façon sélective l'accumulation de doxorubicine dans les tumeurs lors d'administration intraveineuse de médicament.

Footprints of a trypanosomatid RNA world: pre-small subunit rRNA processing by spliced leader addition trans-splicing

The addition of a capped mini-exon [spliced leader (SL)] through trans-splicing is essential for the maturation of RNA polymerase (pol) II-transcribed polycistronic pre-mRNAs in all members of the Trypanosomatidae family. This process is an inter-molecular splicing reaction that follows the same basic rules of cis-splicing reactions. In this study, we demonstrated that mini-exons were added to precursor ribosomal RNA (pre-rRNA) are transcribed by RNA pol I, including the 5' external transcribed spacer (ETS) region. Additionally, we detected the SL-5'ETS molecule using three distinct methods and located the acceptor site between two known 5'ETS rRNA processing sites (A' and A1) in four different trypanosomatids. Moreover, we detected a polyadenylated 5'ETS upstream of the trans-splicing acceptor site, which also occurs in pre-mRNA trans-splicing. After treatment with an indirect trans-splicing inhibitor (sinefungin), we observed SL-5'ETS decay. However, treatment with 5-fluorouracil (a precursor of RNA synthesis that inhibits the degradation of pre-rRNA) led to the accumulation of SL-5'ETS, suggesting that the molecule may play a role in rRNA degradation. The detection of trans-splicing in these molecules may indicate broad RNA-joining properties, regardless of the polymerase used for transcription.

Identification of SL addition trans-splicing acceptor sites in the internal transcribed spacer I region of pre-rRNA in Leishmania (Leishmania) amazonensis

Trypanosomatidae is a family of early branching eukaryotes harbouring a distinctive repertoire of gene expression strategies. Functional mature messenger RNA is generated via the trans-splicing and polyadenylation processing of constitutively transcribed polycistronic units. Recently, trans-splicing of pre-small subunit ribosomal RNA in the 5' external transcribed spacer region and of precursor tRNAsec have been described. Here, we used a previously validated semi-nested reverse transcription-polymerase chain reaction strategy to investigate internal transcribed spacer (ITS) I acceptor sites in total RNA from Leishmania (Leishmania) amazonensis. Two distinct spliced leader-containing RNAs were detected indicating that trans-splicing reactions occur at two AG acceptor sites mapped in this ITS region. These data provide further evidence of the wide spectrum of RNA molecules that act as trans-splicing acceptors in trypanosomatids.