An investigation into the structure and bioavailability of a-tocopherol dispersions in Gelucire 44/14

In this investigation we describe the preparation, physical characterisation and in vivo behaviour of solid dispersions of a liquid nutraceutical, ±-tocopherol, in Gelucire 44/14 with a view to establishing whether dispersion in this matrix may provide a means of formulating a liquid drug in a solid dosage form while also improving the oral bioavailability. Using Vitamin E Preparation USP as the source of ±-tocopherol, dispersions were prepared using a melt-fusion method with active loadings up to 50% (w/w) and characterised using differential scanning calorimetry and optical microscopy. Capsules containing 300 IU ±-tocopherol were manufactured and the absorption profiles compared to a commercial soft gelatin capsule preparation in healthy human volunteers. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) studies were performed in order to elucidate the mechanism by which drug release may be occurring. Differential scanning calorimetry studies indicated that the presence of the active had a negligible effect on the melting profile of the carrier, indicating limited miscibility between the two components, a conclusion supported by the microscopy studies. Similarly, the dispersions were shown to exhibit a glass transition corresponding to the incorporated drug, indicating molecular cooperativity and hence phase separation from the lipid base. Despite the phase separation, it was noted that capsules stored for 18 months under ambient conditions showed no evidence of leakage. Bioavailability studies in six healthy male volunteers indicated that the Gelucire 44/14 formulation showed an approximately two-fold increase in total ±-tocopherol absorption compared to the commercial preparation. Confocal laser scanning microscopy studies indicated that, on contact with water, the dispersions formed two interfacial layers, from which the Gelucire 44/14 disperses in the liquid medium as small particles. Furthermore, evidence was obtained for the dispersed material becoming incorporated into the hydrated lipid. In conclusion, the dispersion of the liquid drug in Gelucire 44/14 appears to allow the dual advantages of the preparation of a solid formulation and improved bioavailability of this material.

Context-Dependent Pharmacology Exhibited by Negative Allosteric Modulators of Metabotropic Glutamate Receptor 7

Phenotypic studies of mice lacking metabotropic glutamate receptor subtype 7 (mGluR7) suggest that antagonists of this receptor may be promising for the treatment of central nervous system disorders such as anxiety and depression. Suzuki et al. (J Pharmacol Exp Ther 323: 147-156, 2007) recently reported the in vitro characterization of a novel mGluR7 antagonist called 6-(4-methoxyphenyl)-5-methyl-3-(4-pyridinyl)-isoxazolo[4,5-c]pyridin-4(5H)-one (MMPIP), which noncompetitively inhibited the activity of orthosteric and allosteric agonists at mGluR7. We describe that MMPIP acts as a noncompetitive antagonist in calcium mobilization assays in cells coexpressing mGluR7 and the promiscuous G protein G alpha(15). Assessment of the activity of a small library of MMPIP-derived compounds using this assay reveals that, despite similar potencies, compounds exhibit differences in negative co-operativity for agonist-mediated calcium mobilization. Examination of the inhibitory activity of MMPIP and analogs using endogenous G(i/o)-coupled assay readouts indicates that the pharmacology of these ligands seems to be context-dependent, and MMPIP exhibits differences in negative cooperativity in certain cellular backgrounds. Electrophysiological studies reveal that, in contrast to the orthosteric antagonist (2S)-2-amino-2-[(1S,2S)-2-carboxyclycloprop-1-yl]-3-(xanth-9-yl) propanoic acid (LY341495), MMPIP is unable to block agonist-mediated responses at the Schaffer collateral-CA1 synapse, a location at which neurotransmission has been shown to be modulated by mGluR7 activity. Thus, MMPIP and related compounds differentially inhibit coupling of mGluR7 in different cellular backgrounds and may not antagonize the coupling of this receptor to native G(i/o) signaling pathways in all cellular contexts. The pharmacology of this compound represents a striking example of the potential for context-dependent blockade of receptor responses by negative allosteric modulators.

Biochemical characterisation of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) from the liver fluke, Fasciola hepatica

Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) catalyses one of the two steps in glycolysis which generate the reduced coenzyme NADH. This reaction precedes the two ATP generating steps. Thus, inhibition of GAPDH will lead to substantially reduced energy generation. Consequently, there has been considerable interest in developing GAPDH inhibitors as anti-cancer and anti-parasitic agents. Here, we describe the biochemical characterisation of GAPDH from the common liver fluke Fasciola hepatica (FhGAPDH). The primary sequence of FhGAPDH is similar to that from other trematodes and the predicted structure shows high similarity to those from other animals including the mammalian hosts. FhGAPDH lacks a binding pocket which has been exploited in the design of novel antitrypanosomal compounds. The protein can be expressed in, and purified from Escherichia coli; the recombinant protein was active and showed no cooperativity towards glyceraldehyde 3-phosphate as a substrate. In the absence of ligands, FhGAPDH was a mixture of homodimers and tetramers, as judged by protein-protein crosslinking and analytical gel filtration. The addition of either NAD(+) or glyceraldehyde 3-phosphate shifted this equilibrium towards a compact dimer. Thermal scanning fluorimetry demonstrated that this form was considerably more stable than the unliganded one. These responses to ligand binding differ from those seen in mammalian enzymes. These differences could be exploited in the discovery of reagents which selectively disrupt the function of FhGAPDH.

The two common polymorphic forms of human NRH-quinone oxidoreductase 2 (NQO2) have different biochemical properties

There are two common forms of NRH-quinone oxidoreductase 2 (NQO2) in the human population resulting from SNP rs1143684. One has phenylalanine at position 47 (NQO2-F47) and the other leucine (NQO2-L47). Using recombinant proteins, we show that these variants have similar steady state kinetic parameters, although NQO2-L47 has a slightly lower specificity constant. NQO2-L47 is less stable towards proteolytic digestion and thermal denaturation than NQO2-F47. Both forms are inhibited by resveratrol, but NQO2-F47 shows negative cooperativity with this inhibitor. Thus these data demonstrate, for the first time, clear biochemical differences between the variants which help explain previous biomedical and epidemiological findings. © 2014 Federation of European Biochemical Societies.

Quantitative Enzymology

Accurate measurement of the quantitative aspects of enzyme-catalysed reactions
is critical for a deeper understanding of their mechanisms, for their exploitation in biotechnology and for targeting enzymes by drug-like molecules. It is important to move beyond basic enzyme kinetics as encapsulated in the Michaelis-Menten equation. The type and magnitude of inhibition should be determined. Since the majority of enzyme-catalysed reactions involve more than one substrate, it is critical to understand how to treat these reactions quantitatively and how their kinetic behaviour depends on the type of mechanism occurring.
Some reactions do not conform to “standard” Michaelis-Menten treatment and exhibit phenomena such as cooperativity. Again it is important to put these phenomena onto a quantitative basis. Similarly the treatment of the effects of pH on enzymes is often vague and uninformative without a proper quantitative treatment. This review brings together tools and approaches for dealing with enzymes quantitatively together with original references for these approaches.

Estudo sobre as diferenças interativas e comunicativas de educadores e educadoras com crianças em idade pré escolar

Dissertação apresentada na Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências da Educação - Especialidade Intervenção Precoce

Structure quaternaire des récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 et interaction avec leurs effecteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France.

Études de type structure fonction du couplage électromécanique et de la coopérativité sous-unitaire chez les canaux potassiques dépendants du voltage

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique.

Système de recombinaison Xer chez Staphylococcus aureus

Le système de recombinaison Xer est impliqué dans la monomerisation des réplicons bactériens, comme les plasmides et les chromosomes, dans une grande variété de bactéries. Ce système est un système de recombinaison site-spécifique composé de deux tyrosine recombinases, soit XerC et XerD. Ils agissent ensemble afin de convertir les chromosomes dimériques en monomères en agissant à un site spécifique près du terminus de la réplication, appelé le site dif. Les gènes Xer et leur site d’action sont identifiés dans plusieurs bactéries gram positives et gram négatives. Staphylococcus aureus représente une bactérie gram positive qui contient un système XerCD/dif. Elle est impliqué dans plusieurs maladies humaines, tels que des infections cutanées, des gastroentérites, et le syndrome de choc toxique, pour en nommer quelques unes. Bien que les gènes codant les protéines XerC et XerD ont été identifiés, il y a beaucoup d’inconnu sur leur mode d’action au site dif. Des mutations dans XerC ont été obtenues, mais aucune dans XerD, suggérant que ce gène pourrait être essentiel pour cet organisme. Les études présentées dans ce mémoire ont permis de commencer à mieux caractériser XerD de S. aureus, en séquençant le gène et en faisant des tests de liaison à l’ADN. Elles ont montré que la recombinase XerD se lie au site dif d’Eschericia coli seul et de façon coopérative avec la recombinase XerC d’E. coli. XerD de S. aureus est, aussi, efficace dans la complémentation de XerD muté d’E. coli dans la réaction de recombinaison chromosomique. Cependant, elle ne démontre pas cette même capacité de complémentation lors de la recombinaison plasmidique aux sites cer.

Développement d’une méthode de simulation multi-échelle pour l’étude des grandes transformations dans les protéines

Les films de simulations qui accompagnent le document ont été réalisés avec Pymol.

Sels d’imidazolium avec des anions catalytiques : vers le développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides actifs en milieu liquide ionique

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système.

The effects of additives and chemical modification on the solution properties of thermo-sensitive polymers

Cette thèse concerne l’étude de phase de séparation de deux polymères thermosensibles connus-poly(N-isopropylacylamide) (PNIPAM) et poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PIPOZ). Parmi des études variées sur ces deux polymères, il y a encore deux parties de leurs propriétés thermiques inexplicites à être étudiées. Une partie concerne l’effet de consolvant de PNIPAM dans l’eau et un autre solvant hydromiscible. L’autre est l’effet de propriétés de groupes terminaux de chaînes sur la séparation de phase de PIPOZ. Pour ce faire, nous avons d’abord étudié l’effet de l’architecture de chaînes sur l’effet de cosolvant de PNIPAMs dans le mélange de méthanol/eau en utilisant un PNIPAM en étoile avec 4 branches et un PNIPAM cyclique comme modèles. Avec PNIPAM en étoile, l’adhérence de branches PNIPAM de à un cœur hydrophobique provoque une réduction de Tc (la température du point de turbidité) et une enthalpie plus faible de la transition de phase. En revanche, la Tc de PNIPAM en étoile dépend de la masse molaire de polymère. La coopérativité de déhydratation diminue pour PNIPAM en étoile et PNIPAM cyclique à cause de la limite topologique. Une étude sur l’influence de concentration en polymère sur l’effet de cosolvant de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau a montré qu’une séparation de phase liquide-liquide macroscopique (MLLPS) a lieu pour une solution de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau avec la fraction molaire de méthanol entre 0.127 et 0.421 et la concentration en PNIPAM est constante à 10 g.L-1. Après deux jours d’équilibration à température ambiante, la suspension turbide de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau se sépare en deux phases dont une phase possède beaucoup plus de PNIPAM que l’autre. Un diagramme de phase qui montre la MLLPS pour le mélange PNIPAM/eau/méthanol a été établi à base de données expérimentales. La taille et la morphologie de gouttelettes dans la phase riche en polymère condensée dépendent de la fraction molaire de méthanol. Parce que la présence de méthanol influence la tension de surface des gouttelettes liquides, un équilibre lent de la séparation de phase pour PNIPAM/eau/méthanol système a été accéléré et une séparation de phase liquide-liquide macroscopique apparait. Afin d’étudier l’effet de groupes terminaux sur les propriétés de solution de PIPOZ, deux PIPOZs téléchéliques avec groupe perfluorodécanyle (FPIPOZ) ou groupe octadécyle (C18PIPOZ) comme extrémités de chaîne ont été synthétisés. Les valeurs de Tc des polymères téléchéliques ont beaucoup diminué par rapport à celle de PIPOZ. Des micelles stables se forment dans des solutions aqueuses de polymères téléchéliques. La micellization et la séparation de phase de ces polymères dans l’eau ont été étudiées. La séparation de phase de PIPOZs téléchéliques suit le mécanisme de MLLPS. Des différences en tailles de gouttelettes formées à l’intérieur de solutions de deux polymères ont été observées. Pour étudier profondément les différences dans le comportement d’association entre deux polymères téléchéliques, les intensités des signaux de polymères correspondants et les temps de relaxation T1, T2 ont été mesurés. Des valeurs de T2 de protons correspondants aux IPOZs sont plus hautes.

Selectivity in the mechanism of action of antimicrobial mastoparan peptide Polybia-MP1

Many potent antimicrobial peptides also present hemolytic activity, an undesired collateral effect for the therapeutic application. Unlike other mastoparan peptides, Polybia-MP1 (IDWKKLLDAAKQIL), obtained from the venom of the social wasp Polybia paulista, is highly selective of bacterial cells. The study of its mechanism of action demonstrated that it permeates vesicles at a greater rate of leakage on the anionic over the zwitterionic, impaired by the presence of cholesterol or cardiolipin; its lytic activity is characterized by a threshold peptide to lipid molar ratio that depends on the phospholipid composition of the vesicles. At these particular threshold concentrations, the apparent average pore number is distinctive between anionic and zwitterionic vesicles, suggesting that pores are similarly formed depending on the ionic character of the bilayer. To prospect the molecular reasons for the strengthened selectivity in Polybia-MP1 and its absence in Mastoparan-X, MD simulations were carried out. Both peptides presented amphipathic alpha-helical structures, as previously observed in Circular Dichroism spectra, with important differences in the extension and stability of the helix; their backbone solvation analysis also indicate a different profile, suggesting that the selectivity of Polybia-MP1 is a consequence of the distribution of the charged and polar residues along the peptide helix, and on how the solvent molecules orient themselves according to these electrostatic interactions. We suggest that the lack of hemolytic activity of Polybia-MP1 is due to the presence and position of Asp residues that enable the equilibrium of electrostatic interactions and favor the preference for the more hydrophilic environment.

Many-body energy decomposition of hydrogen-bonded glycine clusters in gas-phase

A detailed analysis of the many-body contribution to the interaction energies of the gas-phase hydrogen-bonded glycine clusters, (Gly)(N), N = 1-4 is presented. The energetics of the hydrogen-bonded dimer, trimer and tetramer complexes have been analyzed using density-functional theory. The magnitude of the two-through four-body energy terms have been calculated and compared. The relaxation energy and the two-body energy terms are the principal contributors to the total binding energy. Four-body contribution is negligible. However, the three-body contribution is found to be sizable and the formation of the cyclic glycine trimer presents geometric strains that make it less favorable. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kinetic analysis of the interaction of the copper chaperone Atox1 with the metal binding sites of the Menkes protein

Excess copper is effluxed from mammalian cells by the Menkes or Wilson P-type ATPases (MNK and WND, respectively). MNK and WND have six metal binding sites (MBSs) containing a CXXC motif within their N-terminal cytoplasmic region. Evidence suggests that copper is delivered to the ATPases by Atox1, one of three cytoplasmic copper chaperones. Attempts to monitor a direct Atox1-MNK interaction and to determine kinetic parameters have not been successful. Here we investigated interactions of Atox1 with wild-type and mutated pairs of the MBSs of MNK using two different methods: yeast two-hybrid analysis and real-time surface plasmon resonance (SPR). A copper-dependent interaction of Atox1 with the MBSs of MNK was observed by both approaches. Cys to Ser mutations of conserved CXXC motifs affected the binding of Atox1 underlining the essentiality of Cys residues for the copper-induced interaction. Although the yeast two-hybrid assay failed to show an interaction of Atox1 with MBS5/6, SPR analysis clearly demonstrated a copper-dependent binding with all six MBSs highlighting the power and sensitivity of SPR as compared with other, more indirect methods like the yeast two-hybrid system. Binding constants for copper-dependent chaperone-MBS interactions were determined to be 10–5-10–6 M for all the MBSs representing relatively low affinity binding events. The interaction of Atox1 with pairs of the MBSs was non-cooperative. Therefore, a functional difference of the MBSs in the MNK N terminus cannot be attributed to cooperativity effects or varying affinities of the copper chaperone Atox1 with the MBSs.