Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

Potassium channel alterations mediate peripheral nerve hyperexcitability in a mouse model of type 2 diabetes mellitus

Diabetes mellitus (DM) is a major cause of peripheral neuropathy. More than 220 million people worldwide suffer from type 2 DM, which will, in approximately half of them, lead to the development of diabetic peripheral neuropathy. While of significant medical importance, the pathophysiological changes present in DPN are still poorly understood. To get more insight into DPN associated with type 2 DM, we decided to use the rodent model of this form of diabetes, the db/db mice. During the in-vivo conduction velocity studies on these animals, we observed the presence of multiple spiking followed by a single stimulation. This prompted us to evaluate the excitability properties of db/db peripheral nerves. Ex-vivo electrophysiological evaluation revealed a significant increase in the excitability of db/db sciatic nerves. While the shape and kinetics of the compound action potential of db/db nerves were the same as for control nerves, we observed an increase in the after-hyperpolarization phase (AHP) under diabetic conditions. Using pharmacological inhibitors we demonstrated that both the peripheral nerve hyperexcitability (PNH) and the increased AHP were mostly mediated by the decreased activity of Kv1-channels. Importantly, we corroborated these data at the molecular level. We observed a strong reduction of Kv1.2 channel presence in the juxtaparanodal regions of teased fibers in db/db mice as compared to control mice. Quantification of the amount of both Kv1.2 isoforms in DRG neurons and in the endoneurial compartment of peripheral nerve by Western blotting revealed that less mature Kv1.2 was integrated into the axonal membranes at the juxtaparanodes. Our observation that peripheral nerve hyperexcitability present in db/db mice is at least in part a consequence of changes in potassium channel distribution suggests that the same mechanism also mediates PNH in diabetic patients. ∗Current address: Department of Physiology, UCSF, San Francisco, CA, USA.

In vivo detection of brain Krebs cycle intermediate by hyperpolarized magnetic resonance.

The Krebs (or tricarboxylic acid (TCA)) cycle has a central role in the regulation of brain energy regulation and metabolism, yet brain TCA cycle intermediates have never been directly detected in vivo. This study reports the first direct in vivo observation of a TCA cycle intermediate in intact brain, namely, 2-oxoglutarate, a key biomolecule connecting metabolism to neuronal activity. Our observation reveals important information about in vivo biochemical processes hitherto considered undetectable. In particular, it provides direct evidence that transport across the inner mitochondria membrane is rate limiting in the brain. The hyperpolarized magnetic resonance protocol designed for this study opens the way to direct and real-time studies of TCA cycle kinetics.

N-terminal amino acid sequences of the major outer membrane proteins from a Neisseria meningitidis group B strain isolated in Brazil

The four dominant outer membrane proteins (46, 38, 33 and 28 kDa) were detected by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) in a semi-purified preparation of vesicle membranes of a Neisseria meningitidis (N44/89, B:4:P1.15:P5.5,7) strain isolated in Brazil. The N-terminal amino acid sequence for the 46 kDa and 28 kDa proteins matched that reported by others for class 1 and 5 proteins respectively, whereas the sequence (25 amino acids) for the 38 kDa (class 3) protein was similar to class 1 meningococcal proteins. The sequence for the 33 kDa (class 4) was unique and not homologous to any known protein.

Regulated expression of GLUT2 in diabetes studied in transplanted pancreatic beta cells.

GLUT2 disappearance is a marker of the beta cell glucose-unresponsiveness associated with diabetes. Understanding the factor(s) leading to this dysfunction may shed light on pathogenesis of diabetes. Since the regulation of GLUT2 expression in diabetes can so far only be studied in in vivo experiments, we developed a novel experimental approach to study the genetic regulation of GLUT2 in diabetes. By encapsulating islets or cell lines in semi-permeable membranes, these cells can be exposed to the diabetic environment of rats or mice and can be retrieved for analysis of GLUT2 expression and for the change in the secretory response to glucose. Immunocytochemical analysis of transporter expression reveals changes in protein expression while transcriptional analysis of GLUT2 gene expression could be performed in cells transfected with promoter-reporter gene constructs. Using this last approach we hope to be able to characterize the promoter regions involved in the beta cell- and diabetes-specific regulation of GLUT2 expression and possibly to determine which factors are responsible for this regulation.

Expression of Recombinant Antigens in Escherichia coli: Application on Immunochemical Studies of Schistosoma mansoni Tegumental Antigens

Sm15 and Sm13 are recognized by antibodies from mice protectively vaccinated with tegumental membranes, suggesting a potential role in protective immunity. In order to raise antibodies for immunochemical investigations, the genes for these antigens were expressed in pGEX and pMal vectors so that comparisons could be made among different expression systems and different genes. The fusion proteins corresponding to several parts of the gene for the precursor of Sm15 failed in producing antibodies recognizing the parasite counterpart. On the other hand, antibodies raised against Sm13 MBP-fusion proteins recognized the 13 kDa tegumental protein. Thus the peculiarities of the gene of interest are important and the choice of the expression system must sometimes be decided on an empirical basis

Mycoplasma hominis in mid-trimester amniotic fluid : relation to pregnangy outcome

RESUME Introduction : Les naissances prématurées compliquent 6-10 % des grossesses dans les pays industrialisés et contribuent de façon notable aux taux de mortalité périnatale et de morbidité néonatale. Il a été démontré que la colonisation bactérienne du liquide amniotique joue un rôle dans l'étiologie des accouchements prématurés spontanés et des ruptures prématurées des membranes. Le but de ce travail était d'évaluer la présence de Mycoplasma hominis dans le liquide amniotique prélevé au 2eme trimestre de grossesse chez des patientes asymptomatiques et de déterminer son association avec une issue défavorable de la grossesse. Matériels et méthodes : Les échantillons de liquide amniotique de 456 patientes ayant subi une amniocentèse trans-abdominale entre les 15eme et I7eme semaines de grossesse pour diverses indications ont été testés par PCR (Polymerase Chain Reaction) afin d'identifier Mycoplasma hominis. Les produits ainsi amplifiés étaient ensuite détectés par ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Les données cliniques étaient obtenues après l'accouchement. Résultats : Mycoplasma hominis a été identifié dans 29 (6,4%) des échantillons de liquide amniotique. Le taux de menace d'accouchement prématuré chez les patientes positives pour Mycoplasma hominis (14,3%) était plus élevé que chez les patientes négatives (3,3 %) (p=0,01). De même, les naissances prématurées spontanées avec membranes intactes étaient plus fréquentes chez les patientes positives (10,7%) que chez les patientes négatives (1,9 %) (p=0,02). Le taux de menace d'accouchement prématuré lors d'une grossesse antérieure était plus de trois fois plus élevé chez les patientes positives, cependant ce résultat n'était pas statistiquement significatif. Finalement, la présence du mycoplasme n'était pas corrélée à la gestose, au retard de croissance intra-utérin ou aux anomalies chromosomiques foetales. Conclusions : Les résultats montrent que la présence de Mycoplasma hominis dans le liquide amniotique prélevé entre les 15eme et I7eme semaines d' aménorrhée chez des patientes asymptomatiques est associée à un taux plus élevé de menace d'accouchement prématuré et de naissances prématurées spontanées. La détection de ce microorganisme au 2eme trimestre de la grossesse peut donc identifier les patientes à risque de menace d'accouchement et de naissance prématurées. Abstract Objective: The relationship between detection of Mycoplasma hominis in mid-trimester amniotic fluid and subsequent pregnancy outcome was investigated. Study design: Amniotic fluids from 456 women of European background who underwent a transabdominal amniocentesis at weeks 15-17 of pregnancy were tested for M. hominis by polymerase chain reaction (PCR). The amplicons were hybridized to an internal probe and detected by ELISA. Pregnancy outcomes and clinical data were subsequently obtained. Results: M. hominis were identified in 29 (6.4%) of the amniotic fluids. The rate of preterm labor in women positive for M. hominis (14.3%) was higher than in the negative women (3.3%) (p = 0.01). Similarly, a spontaneous preterm birth with intact membranes occurred in 10.7% of the M. hominis-posltive women as opposed to only 1.9% of the negative women (p = 0.02). The presence of this mycoplasma was not correlated with fetal chromosomal aberrations, intrauterine growth restriction or preeclampsia. Conclusions: Detection of M. hominis in second-trimester amniotic fluids can identify women at increased risk for subsequent preterm labor and delivery.

Factors that can interfere with virus concentration from wastewater when using zeta plus 60S filter membranes

Zeta plus filter membranes (ZP60S) have been shown to be efficient for rotavirus concentration from wastewater and for the reduction of cytotoxicity for cell cultures. Recently a variability in both properties was observed. In view of the low costs and the high virus recovery rates obtained in the past, we re-evaluated the application of ZP60S filter membranes for virus concentration from environmental samples. Some factors that could interfere with the concentration strategy using ZP60S were also considered and assessed including the type of water to be filtered and the possible release of toxic substances from the membrane matrix during filtration.

Blunting the response to endotoxin in healthy subjects: effects of various doses of intravenous fish oil.

To test the dose response effect of infused fish oil (FO) rich in n-3 PUFAs on the inflammatory response to endotoxin (LPS) and on membrane incorporation of fatty acids in healthy subjects. Prospective, sequential investigation comparing three different FO doses. Three groups of male subjects aged 26.8 +/- 3.2 years (BMI 22.5 +/- 2.1). One of three FO doses (Omegaven10%) as a slow infusion before LPS: 0.5 g/kg 1 day before LPS, 0.2 g/kg 1 day before, or 0.2 g/kg 2 h before. Temperature, hemodynamic variables, indirect calorimetry and blood samples (TNF-alpha, stress hormones) were collected. After LPS temperature, ACTH and TNF-alpha concentrations increased in the three groups: the responses were significantly blunted (p < 0.0001) compared with the control group of the Pluess et al. trial. Cortisol was unchanged. Lowest plasma ACTH, TNF-alpha and temperature AUC values were observed after a single 0.2 g/kg dose of FO. EPA incorporation into platelet membranes was dose-dependent. Having previously shown that the response to LPS was reproducible, this study shows that three FO doses blunted it to various degrees. The 0.2 g/kg perfusion immediately before LPS was the most efficient in blunting the responses, suggesting LPS capture in addition to the systemic and membrane effects.

Disseny i optimització de membranes compòsit amb xarxes metal•loorgàniques per a nanofiltració i separacions de gasos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, entre 2007 i 2009. Aquest projecte descriu la síntesi i aplicació de nous tipus de membranes compòsit basades en xarxes metal•loorgàniques (MOFs). Aquestes es van seleccionar tenint en compte les seves propietats estructurals per tal de discriminar les espècies a separar en funció de la seva mida molecular. Les membranes obtingudes s'han aplicat satisfactòriament tant en separacions líquides, concretament en nanofiltració resistent a dissolvents (SRNF), i en separació de parells de gasos com CO2/CH4, CO2/N2 i H2/CO2. Els resultats obtinguts posen de manifest l'obtenció de membranes sense defectes i amb rendiments prometedors, en la majoria dels casos, amb permeabilitats i selectivitats superiors a membranes purament polimèriques. Tanmateix s'ha desenvolupat un nou equipament d'alt rendiment (HT) per a separacions de gasos que inclou un mòdul que permet realitzar 16 experiments simultàniament. Els resultats obtinguts amb el nou equip són comparables amb els obtinguts amb mòduls convencionals, i alhora presenten una millor reproduïbilitat. Finalment, s'ha establert un nou mètode per a obtenir membranes per a SRNF, que han estat aplicades en processos de separació de catalitzadors homogenis en dissolvents polars apròtics i s'han caracteritzat emprant la tècnica d'espectroscòpia d'annihilació de positrons, que ha permès establir per primer cop una relació entre les propietats estructurals de les membranes a nivell molecular i el seu rendiment en les aplicacions anteriors.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Characterization of glycoinositol phospholipids in the amastigote stage of the protozoan parasite Leishmania major.

The major macromolecules on the surface of the parasitic protozoan Leishmania major appear to be down-regulated during transformation of the parasite from an insect-dwelling promastigote stage to an intracellular amastigote stage that invades mammalian macrophages. In contrast, the major parasite glycolipids, the glycoinositol phospholipids (GIPLs), are shown here to be expressed at near-constant levels in both developmental stages. The structures of the GIPLs from tissue-derived amastigotes have been determined by h.p.l.c. analysis of the deaminated and reduced glycan head groups, and by chemical and enzymic sequencing. The deduced structures appear to form a complete biosynthetic series, ranging from Man alpha 1-4GlcN-phosphatidylinositol (PI) to Gal alpha 1-3Galf beta 1-3Man alpha 1-3Man alpha 1-4GlcN-PI (GIPL-2). A small proportion of GIPL-2 was further extended by addition of a Gal residue in either alpha 1-6 or beta 1-3 linkage. From g.c.-m.s. analysis and mild base treatment, all the GIPLs were shown to contain either alkylacylglycerol or lyso-alkylglycerol lipid moieties, where the alkyl chains were predominantly C18:0, with lower levels of C20:0, C22:0 and C24:0. L. major amastigotes also contained at least two PI-specific phospholipase C-resistant glycolipids which are absent from promastigotes. These neutral glycolipids were resistant to both mild acid and mild base hydrolysis, contained terminal beta-Gal residues and were not lost during extensive purification of amastigotes from host cell membranes. It is likely that these glycolipids are glycosphingolipids acquired from the mammalian host. The GIPL profile of L. major amastigotes is compared with the profiles found in L. major promastigotes and L. donovani amastigotes.

Characterization of high osmolarity-induced vacuole fragmentation in "Saccharomyces c."

La majorité des organelles d'une cellule adaptent leur nombre et leur taille pendant les processus de division cellulaire, de trafic vésiculaire ou suite à des changements environnementaux par des processus de fusion et de fragmentation membranaires. Ceci est valable notamment pour le golgi, les mitochondries, les péroxisomes et les lysosomes. La vacuole est le compartiment terminal de la voie endocytaire dans la levure Saccharomyces cerevisiae\ elle correspond aux lysosomes des cellules mammifères. Suite à un choc hyperosmotique, la vacuole se fragmente en plusieurs petites vésicules. Durant ce projet, cette fragmentation a été étudiée en utilisant la technique de microscopie confocale in vivo. J'ai observé que la division de la vacuole se produit d'une façon asymétrique. La première minute après le choc osmotique, les vacuoles rétrécissent et forment des longues invaginations tubulaires. Cette phase est dépendante de la protéine Vps1, un membre de la famille des protéines apparentées à la dynamine, ainsi que d'un gradient transmembranaire de protons. Pendant les 10-15 minutes qui suivent, des vésicules se détachent dans les régions où l'on observe les invaginations pendant la phase initiale. Cette deuxième phase qui mène à la fission des nouveaux compartiments vacuolaires dépend de la production du lipide PI(3,5)P2 par la protéine Fab1. J'ai établi la suite des événements du processus de fragmentation des vacuoles et propose la possibilité d'un rôle régulateur de la protéine kinase cycline-dépendante Pho85.¦En outre, j'ai tenté d'éclaircir plus spécifiquement le rôle de Vps1 pendant la fusion et fission des vacuoles. J'ai trouvé que tous les deux processus sont dépendants de l'activité GTPase de cette protéine. De plus l'association avec la membrane vacuolaire paraît régulée par le cycle d'hydrolyse du GTP. Vps1 peut lier la membrane sans la présence d'un autre facteur protéinique, ce qui permet de conclure à une interaction directe avec des lipides de la membrane. Cette interaction est au moins partiellement effectuée par le domaine GTPase, ce qui est une nouveauté pour un membre de cette famille de protéines. Une deuxième partie de Vps1, nommée insert B, est impliquée dans la liaison à la vacuole, soit par interaction directe avec la membrane, soit par régulation du domaine GTPase. En assumant que Vps1 détienne deux régions capables de liaison aux membranes, je conclus qu'elle pourrait fonctionner comme facteur de « tethering » lors de la fusion des vacuoles.¦-¦La cellule contient plusieurs sous-unités, appelées organelles, possédant chacune une fonction spécifique. Dépendant des processus qui s'y déroulent à l'intérieur, un environnement chimique spécifique est requis. Pour maintenir ces différentes conditions, les organelles sont séparées par des membranes. Lors de la division cellulaire ou en adaptation à des changements de milieu, les organelles doivent être capables de modifier leur morphologie. Cette adaptation a souvent lieu par fusion ou division des organelles. Le même principe est valable pour la vacuole dans la levure. La vacuole est une organelle qui sert principalement au stockage des aliments et à la dégradation des différents composants cellulaires. Alors que la fusion des vacuoles est un processus déjà bien décrit, la fragmentation des vacuoles a jusqu'ici été peu étudiée. Elle peut être induit par un choc osmotique: à cause de la concentration de sel élevé dans le milieu, le cytosol de la levure perd de l'eau. Par un flux d'eau de la vacuole au cytosol, la cellule est capable d'équilibrer celui-ci. Quand la vacuole perd du volume, elle doit réadapter le rapport entre surface membranaire et volume, ce qui se fait efficacement par une fragmentation d'une grande vacuole en plusieurs petites vésicules. Comment ce processus se déroule d'un point de vue morphologique n'a pas été décrit jusqu'à présent. En analysant la fragmentation vacuolaire par microscopie, j'ai trouvé que celle-ci se déroule en deux phases. Pendant la première minute suivant le choc osmotique, les vacuoles rétrécissent et forment des longues invaginations tubulaires. Cette phase dépend de la protéine Vps1, un membre de la famille des protéines apparentées à la dynamine, ainsi que du gradient transmembranaire de protons. Ce gradient s'établit par une pompe membranaire, la V-ATPase, qui transporte des protons dans la vacuole en utilisant l'énergie libérée par hydrolyse d'ATP. Après cette phase initiale, la formation de nouvelles vésicules vacuolaires dépend de la synthèse du lipide PI(3,5)P2.¦Dans la deuxième partie de l'étude, j'ai tenté de décrire comment Vps1 lie la membrane pour effectuer un remodelage de la vacuole. Vps1 est nécessaire pour la fusion et la fragmentation des vacuoles. J'ai découvert que tous les deux processus dépendent de sa capacité d'hydrolyser du GTP. Ainsi l'association avec la membrane est couplée au cycle d'hydrolyse du GTP. Vps1 peut lier la membrane sans la présence d'une autre protéine, et interagit donc très probablement avec les lipides de la membrane. Deux parties différentes de la protéine sont impliquées dans la liaison, dont une, inattendue, le domaine GTPase.¦-¦Numerous organelles undergo membrane fission and fusion events during cell division, vesicular traffic, or in response to changes in environmental conditions. Examples include Golgi (Acharya et al., 1998) mitochondria (Bleazard et al., 1999) peroxisomes (Kuravi et al., 2006) and lysosomes (Ward et al., 1997). In the yeast Saccharomyces cerevisiae the vacuole is the terminal component of the endocytic pathway and corresponds to lysosomes in mammalian cells. Yeast vacuoles fragment into multiple small vesicles in response to a hypertonic shock. This rapid and homogeneous reaction can serve as a model to study the requirements of the fragmentation process. Here, I investigated osmotically induced fragmentation by time-lapse microscopy. I observe that the small fragmentation products originate directly from the large central vacuole by asymmetric scission rather than by consecutive equal divisions and that fragmentation occurs in two distinct phases. During the first minute, vacuoles shrink and generate deep invaginations, leaving behind tubular structures. This phase requires the dynamin-like GTPase Vps1 and the vacuolar proton gradient. In the subsequent 10-15 minutes, vesicles pinch off from the tubular structures in a polarized fashion, directly generating fragmentation products of the final size. This phase depends on the production of phosphatidylinositol- 3,5-bisphosphate by the Fab1 complex. I suggest a possible regulation of vacuole fragmentation by the CDK Pho85. Based on my microscopy study I established a sequential involvement of the different fission factors.¦In addition to the morphological description of vacuole fragmentation I more specifically aimed to shed some light on the role of Vps1 in vacuole fragmentation and fusion. I find that both functions are dependent on the GTPase activity of the protein and that also the membrane association of the dynamin-like protein is coupled to the GTPase cycle. I found that Vps1 has the capacity for direct lipid binding on the vacuole and that this lipid binding is at least partially mediated through residues in the GTPase domain, a complete novelty for a dynamin family member. A second stretch located in the region of insert Β has also membrane-binding activity or regulates the association with the vacuole through the GTPase domain. Under the assumption of two membrane-binding regions I speculate on Vps1 as a possible tethering factor for vacuole fusion.

Cardiopulmonary support and extracorporeal membrane oxygenation for cardiac assist.

BACKGROUND: Use of cardiopulmonary bypass for emergency resuscitation is not new. In fact, John Gibbon proposed this concept for the treatment of severe pulmonary embolism in 1937. Significant progress has been made since, and two main concepts for cardiac assist based on cardiopulmonary bypass have emerged: cardiopulmonary support (CPS) and extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). The objective of this review is to summarize the state of the art in these two technologies. METHODS: Configuration of CPS is now fairly standard. A mobile cart with relatively large wheels allowing for easy transportation carries a centrifugal pump, a back-up battery with a charger, an oxygen cylinder, and a small heating system. Percutaneous cannulation, pump-driven venous return, rapid availability, and transportability are the main characteristics of a CPS system. Cardiocirculatory arrest is a major predictor of mortality despite the use of CPS. In contrast, CPS appears to be a powerful tool for patients in cardiogenic shock before cardiocirculatory arrest, requiring some type of therapeutic procedures, especially repair of anatomically correctable problems or bridging to other mechanical circulatory support systems such as ventricular assist devices. CPS is in general not suitable for long-term applications because of the small-bore cannulas, resulting in significant pressure gradients and eventually hemolysis. RESULTS: In contrast, ECMO can be designed for longer-term circulatory support. This requires large-bore cannulas and specifically designed oxygenators. The latter are either plasma leakage resistent (true membranes) or relatively thrombo-resistant (heparin coated). Both technologies require oxygenator changeovers although the main reason for this is different (clotting for the former, plasma leakage for the latter). Likewise, the tubing within a roller pump has to be displaced and centrifugal pump heads have to be replaced over time. ECMO is certainly the first choice for a circulatory support system in the neonatal and pediatric age groups, where the other assist systems are too bulky. ECMO is also indicated for patients improving on CPS. Septic conditions are, in general, considered as contraindications for ECMO. CONCLUSIONS: Ease of availability and moderate cost of cardiopulmonary bypass-based cardiac support technologies have to be balanced against the significant immobilization of human resources, which is required to make them successful.

Studies of membrane fluidity and heart contractile force in Trypanosoma cruzi infected mice

In Chagas disease serious cardiac dysfunction can appear. We specifically studied the cardiac function by evaluating: ventricle contractile force and norepinephrine response, affinity and density of beta-adrenergic receptors, dynamic properties of myocardial membranes, and electrocardiography. Albino swiss mice (n = 250) were infected with 55 trypomastigotes, Tulahuen strain and studied at 35, 75, and 180 days post-infection, that correspond to the acute, indeterminate, and chronic phase respectively. Cardiac beta-adrenergic receptors' affinity, myocardial contractility, and norepinephrine response progressively decreased from the acute to the chronic phase of the disease (p < 0.01). The density (expressed as fmol/mg.prot) of the receptors was similar to non-infected mice (71.96 ± 0.36) in both the acute (78.24 ± 1.67) and indeterminate phases (77.28 ± 0.91), but lower in the chronic disease (53.32 ± 0.71). Electrocardiographic abnormalities began in the acute phase and were found in 65% of the infected-mice during the indeterminate and chronic phases. Membrane contents of triglycerides, cholesterol, and anisotropy were similar in all groups. A quadratic correlation between the affinity to beta-adrenergic receptors and cardiac contractile force was obtained. In conclusion the changes in cardiac beta-adrenergic receptors suggests a correlation between the modified beta-adrenergic receptors affinity and the cardiac contractile force.