New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

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

Lutz's spontaneous sedimentation technique and the paleoparasitological analysis of sambaqui (shell mound) sediments

Parasite findings in sambaquis (shell mounds) are scarce. Although the 121 shell mound samples were previously analysed in our laboratory, we only recently obtained the first positive results. In the sambaqui of Guapi, Rio de Janeiro, Brazil, paleoparasitological analysis was performed on sediment samples collected from various archaeological layers, including the superficial layer as a control. Eggs of Acanthocephala, Ascaridoidea and Heterakoidea were found in the archaeological layers. We applied various techniques and concluded that Lutz's spontaneous sedimentation technique is effective for concentrating parasite eggs in sambaqui soil for microscopic analysis.

Automated four-color interphase fluorescence in situ hybridization approach for the simultaneous detection of specific aneuploidies of diagnostic and prognostic significance in high hyperdiploid acute lymphoblastic leukemia.

In high hyperdiploid acute lymphoblastic leukemia (ALL), the concurrence of specific trisomies confers a more favorable outcome than hyperdiploidy alone. Interphase fluorescence in situ hybridization (FISH) complements conventional cytogenetics (CC) through its sensitivity and ability to detect chromosome aberrations in nondividing cells. To overcome the limits of manual I-FISH, we developed an automated four-color I-FISH approach and assessed its ability to detect concurrent aneuploidies in ALL. I-FISH was performed using centromeric probes for chromosomes 4, 6, 10, and 17. Parameters established for nucleus selection and signal detection were evaluated. Cutoff values were determined. Combinations of aneuploidies were considered relevant when each aneuploidy was individually significant. Results obtained in 10 patient samples were compared with those obtained with CC. Various combinations of aneuploidies were identified. All clones detected by CC were observed also by I-FISH, and I-FISH revealed numerous additional abnormal clones in all patients, ranging from < or =1% to 31.6% of cells analyzed. We conclude that four-color automated I-FISH permits the identification of concurrent aneuploidies of potential prognostic significance. Large numbers of cells can be analyzed rapidly. The large number of nuclei scored revealed a high level of chromosome variability both at diagnosis and relapse, the prognostic significance of which is of considerable clinical interest and merits further evaluation.

Scimitar Syndrome in an Asymptomatic Adult: Fortuitous Diagnosis by Imaging Technique

Congenital cardiopathies in adults are a rare clinical entity in the cardiology consultations. Advances in imaging techniques allow the fortuitous diagnosis of mild forms of these congenital abnormalities. We describe a case of an asymptomatic 41-year-old man, with a medical history of recurrent pneumonia during childhood and an established diagnosis of scimitar syndrome by computed tomography.

Optical spectroscopy of the bladder washout fluid to optimize fluorescence cystoscopy with Hexvix®.

Fluorescence cystoscopy enhances detection of early bladder cancer. Water used to inflate the bladder during the procedure rapidly contains urine, which may contain fluorochromes. This frequently degradesfluorescence images. Samples of bladder washout fluid (BWF) or urine were collected (15 subjects). We studiedtheir fluorescence properties and assessed changes induced by pH (4 to 9) and temperature (15°C to 41°C).A typical fluorescence spectrum of BWF features a main peak (excitation/emission: 320∕420 nm, FWHM =50∕100 nm) and a weaker (5% to 20% of main peak intensity), secondary peak (excitation/emission: 455∕525 nm, FWHM = 80∕50 nm). Interpatient fluctuations of fluorescence intensity are observed. Fluorescence intensity decreases when temperature increases (max 30%) or pH values vary (max 25%). Neither approach is compatible with clinical settings. Fluorescence lifetime measurements suggest that 4-pyridoxic acid/riboflavin is the most likely molecule responsible for urine's main/secondary fluorescence peak. Our measurements give an insight into the spectroscopy of the detrimental background fluorescence. This should be included in the optical design of fluorescence cystoscopes. We estimate that restricting the excitation range from 370-430 nm to 395-415 nm would reduce the BWF background by a factor 2.

In vitro heat exposure induces a redistribution of nuclear matrix proteins in human K562 erythroleukemia cells.

By using both conventional and confocal laser scanning microscopy with three monoclonal antibodies recognizing nuclear matrix proteins we have investigated by means of indirect fluorescence whether an incubation of isolated nuclei at the physiological temperature of 37 degrees C induces a redistribution of nuclear components in human K562 erythroleukemia cells. Upon incubation of isolated nuclei for 45 min at 37 degrees C, we have found that two of the antibodies, directed against proteins of the inner matrix network (M(r) 125 and 160 kDa), gave a fluorescent pattern different from that observed in permeabilized cells. By contrast, the fluorescent pattern did not change if nuclei were kept at 0 degrees C. The difference was more marked in case of the 160-kDa polypeptide. The fluorescent pattern detected by the third antibody, which recognizes the 180-kDa nucleolar isoform of DNA topoisomerase II, was unaffected by heat exposure of isolated nuclei. When isolated nuclear matrices prepared from heat-stabilized nuclei were stained by means of the same three antibodies, it was possible to see that the distribution of the 160-kDa matrix protein no longer corresponded to that observable in permeabilized cells, whereas the fluorescent pattern given by the antibody to the 125-kDa polypeptide resembled that detectable in permeabilized cells. The 180-kDa isoform of topoisomerase II was still present in the matrix nucleolar remnants. We conclude that a 37 degrees C incubation of isolated nuclei induces a redistribution of some nuclear matrix antigens and cannot prevent the rearrangement in the spatial organization of one of these antigens that takes place during matrix isolation in human erythroleukemia cells. The practical relevance of these findings is discussed.

The pressure cooker technique for the treatment of brain AVMs.

Arteriovenous malformations (AVMs) may be cured by injecting liquid embolic agents such as Onyx. Reflux, however, can sometimes be difficult to control and may jeopardize a complete embolization. The pressure cooker technique (PCT) was designed to create an anti-reflux plug by trapping the detachable part of an Onyx-compatible microcatheter with coils and glue in order to obtain wedge-flow conditions, thereby enabling a better understanding of macrofistulous AVMs and a more comprehensive, forceful and controlled Onyx embolization. The PCT might enlarge the range of AVMs amenable to endovascular cure. Three illustrative cases are presented.

MDCT Arthrography of the Hip: Value of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Technique and Potential for Radiation Dose Reduction

Au cours des deux dernières décennies, la technique d'imagerie arthro-scanner a bénéficié de nombreux progrès technologiques et représente aujourd'hui une excellente alternative à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et / ou arthro-IRM dans l'évaluation des pathologies de la hanche. Cependant, elle reste limitée par l'exposition aux rayonnements ionisants importante. Les techniques de reconstruction itérative (IR) ont récemment été mis en oeuvre avec succès en imagerie ; la littérature montre que l'utilisation ces dernières contribue à réduire la dose d'environ 40 à 55%, comparativement aux protocoles courants utilisant la rétroprojection filtrée (FBP), en scanner de rachis. A notre connaissance, l'utilisation de techniques IR en arthro-scanner de hanche n'a pas été évaluée jusqu'à présent. Le but de notre étude était d'évaluer l'impact de la technique ASIR (GE Healthcare) sur la qualité de l'image objective et subjective en arthro-scanner de hanche, et d'évaluer son potentiel en terme de réduction de dose. Pour cela, trente sept patients examinés par arthro-scanner de hanche ont été randomisés en trois groupes : dose standard (CTDIvol = 38,4 mGy) et deux groupes de dose réduite (CTDIvol = 24,6 ou 15,4 mGy). Les images ont été reconstruites en rétroprojection filtrée (FBP) puis en appliquant différents pourcentages croissants d'ASIR (30, 50, 70 et 90%). Le bruit et le rapport contraste sur bruit (CNR) ont été mesurés. Deux radiologues spécialisés en imagerie musculo-squelettique ont évalué de manière indépendante la qualité de l'image au niveau de plusieurs structures anatomiques en utilisant une échelle de quatre grades. Ils ont également évalué les lésions labrales et du cartilage articulaire. Les résultats révèlent que le bruit augmente (p = 0,0009) et le CNR diminue (p = 0,001) de manière significative lorsque la dose diminue. A l'inverse, le bruit diminue (p = 0,0001) et le contraste sur bruit augmente (p < 0,003) de manière significative lorsque le pourcentage d'ASIR augmente ; on trouve également une augmentation significative des scores de la qualité de l'image pour le labrum, le cartilage, l'os sous-chondral, la qualité de l'image globale (au delà de ASIR 50%), ainsi que le bruit (p < 0,04), et une réduction significative pour l'os trabuculaire et les muscles (p < 0,03). Indépendamment du niveau de dose, il n'y a pas de différence significative pour la détection et la caractérisation des lésions labrales (n=24, p = 1) et des lésions cartilagineuses (n=40, p > 0,89) en fonction du pourcentage d'ASIR. Notre travail a permis de montrer que l'utilisation de plus de 50% d'ASIR permet de reduire de manière significative la dose d'irradiation reçue par le patient lors d'un arthro-scanner de hanche tout en maintenant une qualité d'image diagnostique comparable par rapport à un protocole de dose standard utilisant la rétroprojection filtrée.

Ross procedure: is the root replacement technique superior to the sub-coronary implantation technique? Long-term results.

There is controversy over the use of the Ross procedure with regard to the sub-coronary and root replacement technique and its long-term durability. A systematic review of the literature may provide insight into the outcomes of these two surgical subvariants. A systematic review of reports between 1967 and February 2013 on sub-coronary and root replacement Ross procedures was undertaken. Twenty-four articles were included and divided into (i) sub-coronary technique and (ii) root replacement technique. The 10-year survival rate for a mixed-patient population in the sub-coronary procedure was 87.3% with a 95% confidence interval (CI) of 79.7-93.4 and 89.1% (95% CI, 85.3-92.1) in the root replacement technique category. For adults, it was 94 vs 95.3% (CI, 88.9-98.1) and in the paediatric series it was 90 vs 92.7% (CI, 86.9-96.0), respectively. Freedom from reoperation at 10 years was, in the mixed population, 83.3% (95% CI, 69.9-93.4) and 93.3% (95% CI, 89.4-95.9) for sub-coronary versus root replacement technique, respectively. In adults, it was 98 vs 91.2% (95% CI, 82.4-295.8), and in the paediatric series 93.3 vs 92.0% (95% CI, 86.1-96.5) for sub-coronary versus root replacement technique, respectively. The Ross procedure arguably has satisfactory results over 5 and 10 years for both adults and children. The results do not support the advantages of the sub-coronary technique over the root replacement technique. Root replacement was of benefit to patients undergoing reoperations on neoaorta and for long-term survival in mixed series.

Friction Stir Processing : a new microstructure improvement technique

In the present work, microstructure improvement using FSP (Friction Stir Processing) is studied. In the first part of the work, the microstructure improvement of as-cast A356 is demonstrated. Some tensile tests were applied to check the increase in ductility. However, the expected results couldn’t be achieved. In the second part, the microstructure improvement of a fusion weld in 1050 aluminium alloy is presented. Hardness tests were carried out to prove the mechanical propertyimprovements. In the third and last part, the microstructure improvement of 1050 aluminium alloy is achieved. A discussion of the mechanical property improvements induced by FSP is made. The influence of tool traverse speed on microstructure and mechanical properties is also discussed. Hardness tests and recrystallization theory enabled us to find out such influence

The Molecular Basis for Antimicrobial Activity of Pore-Forming Cyclic Peptides

The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides

Block of the superior cervical ganglion, description of a novel ultrasound-guided technique in human cadavers.

OBJECTIVE.: Injection of opioids to the superior cervical ganglion (SCG) has been reported to provide pain relief in patients suffering from different kinds of neuropathic facial pain conditions, such as trigeminal neuralgia, postherpetic neuralgia, and atypical facial pain. The classic approach to the SCG is a transoral technique using a so-called "stopper" to prevent accidental carotid artery puncture. The main disadvantage of this technique is that the needle tip is positioned distant from the actual target, possibly impeding successful block of the SCG. A further limitation is that injection of local anesthetics due to potential carotid artery puncture is contraindicated. We hypothesized that the SCG can be identified and blocked using ultrasound imaging, potentially increasing precision of this technique. INTERVENTIONS.: In this pilot study, 20 US-guided simulated blocks of the SCG were performed in 10 human cadavers in order to determine the accuracy of this novel block technique. After injection of 0.1 mL of dye, the cadavers were dissected to evaluate the needle position and coloring of the SCG. RESULTS.: Nineteen of the 20 needle tips were located in or next to the SCG. This corresponded to a simulated block success rate of 95% (95% confidence interval 85-100%). In 17 cases, the SCG was completely colored, and in two cases, the caudal half of the SCG was colored with dye. CONCLUSIONS.: The anatomical dissections confirmed that our ultrasound-guided approach to the SCG is accurate. Ultrasound could become an attractive alternative to the "blind" transoral technique of SCG blocks.