Amélioration des propriétés pharmacocinétiques de peptides par différentes alkylations N-terminales

Modélisations moléculaires réalisés avec le logiciel HyperChem 8.

Le fonctionnement interne des équipes de travail : conceptualisation, mesure et validation

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Development of a Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Method for the Detection of Benzodiazepines in Urine

Benzodiazepines are among the most prescribed compounds for anti-anxiety and are present in many toxicological screens. These drugs are also prominent in the commission of drug facilitated sexual assaults due their effects on the central nervous system. Due to their potency, a low dose of these compounds is often administered to victims; therefore, the target detection limit for these compounds in biological samples is 10 ng/mL. Currently these compounds are predominantly analyzed using immunoassay techniques; however more specific screening methods are needed. The goal of this dissertation was to develop a rapid, specific screening technique for benzodiazepines in urine samples utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), which has previously been shown be capable of to detect trace quantities of pharmaceutical compounds in aqueous solutions. Surface enhanced Raman spectroscopy has the advantage of overcoming the low sensitivity and fluorescence effects seen with conventional Raman spectroscopy. The spectra are obtained by applying an analyte onto a SERS-active metal substrate such as colloidal metal particles. SERS signals can be further increased with the addition of aggregate solutions. These agents cause the nanoparticles to amass and form hot-spots which increase the signal intensity. In this work, the colloidal particles are spherical gold nanoparticles in aqueous solution with an average size of approximately 30 nm. The optimum aggregating agent for the detection of benzodiazepines was determined to be 16.7 mM MgCl2, providing the highest signal intensities at the lowest drug concentrations with limits of detection between 0.5 and 127 ng/mL. A supported liquid extraction technique was utilized as a rapid clean extraction for benzodiazepines from urine at a pH of 5.0, allowing for clean extraction with limits of detection between 6 and 640 ng/mL. It was shown that at this pH other drugs that are prevalent in urine samples can be removed providing the selective detection of the benzodiazepine of interest. This technique has been shown to provide rapid (less than twenty minutes), sensitive, and specific detection of benzodiazepines at low concentrations in urine. It provides the forensic community with a sensitive and specific screening technique for the detection of benzodiazepines in drug facilitated assault cases.

Targeting protein tyrosine phosphatase SHP2 for therapeutic intervention

Protein tyrosine phosphatases have been the focus of considerable research efforts aimed at developing novel therapeutics; however, these targets are often characterized as being ‘undruggable’ due to the challenge of achieving selectivity, potency and cell permeability. More recently, there has been renewed interest in developing inhibitors of the tyrosine phosphatase SHP2 (PTPN11) in the light of its broad role in cancer, specifically juvenile myelomonocytic leukemia, and recent studies that implicate SHP2 as a key factor in breast cancer progression. Recent significant advances in the field of SHP2 inhibitor development raise the question: are we on the verge of a new era of protein tyrosine phosphatase-directed therapeutics? This article critically appraises recent developments, assesses ongoing challenges and presents a perspective on possible future directions.

A monovalent chimpanzee adenovirus Ebola vaccine boosted with MVA

BACKGROUND The West African outbreak of Ebola virus disease that peaked in 2014 has caused more than 11,000 deaths. The development of an effective Ebola vaccine is a priority for control of a future outbreak. METHODS In this phase 1 study, we administered a single dose of the chimpanzee adenovirus 3 (ChAd3) vaccine encoding the surface glycoprotein of Zaire ebolavirus (ZEBOV) to 60 healthy adult volunteers in Oxford, United Kingdom. The vaccine was administered in three dose levels — 1×1010 viral particles, 2.5×1010 viral particles, and 5×1010 viral particles — with 20 participants in each group. We then assessed the effect of adding a booster dose of a modified vaccinia Ankara (MVA) strain, encoding the same Ebola virus glyco- protein, in 30 of the 60 participants and evaluated a reduced prime–boost interval in another 16 participants. We also compared antibody responses to inactivated whole Ebola virus virions and neutralizing antibody activity with those observed in phase 1 studies of a recombinant vesicular stomatitis virus–based vaccine expressing a ZEBOV glycoprotein (rVSV-ZEBOV) to determine relative potency and assess durability. RESULTS No safety concerns were identified at any of the dose levels studied. Four weeks after immunization with the ChAd3 vaccine, ZEBOV-specific antibody responses were similar to those induced by rVSV-ZEBOV vaccination, with a geometric mean titer of 752 and 921, respectively. ZEBOV neutralization activity was also similar with the two vaccines (geo- metric mean titer, 14.9 and 22.2, respectively). Boosting with the MVA vector increased virus-specific antibodies by a factor of 12 (geometric mean titer, 9007) and increased glycoprotein-specific CD8+ T cells by a factor of 5. Significant increases in neutralizing antibodies were seen after boosting in all 30 participants (geometric mean titer, 139; P<0.001). Virus-specific antibody responses in participants primed with ChAd3 remained positive 6 months after vaccination (geometric mean titer, 758) but were significantly higher in those who had received the MVA booster (geometric mean titer, 1750; P<0.001). CONCLUSIONS The ChAd3 vaccine boosted with MVA elicited B-cell and T-cell immune responses to ZEBOV that were superior to those induced by the ChAd3 vaccine alone. (Funded by the Wellcome Trust and others; ClinicalTrials.gov number, NCT02240875.)

Novel free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists based on 1,3,4-thiadiazole-2-carboxamide scaffold

Free fatty acid receptor 1 (FFA1), previously known as GPR40 is a G protein-coupled receptor and a new target for treatment of type 2 diabetes. Two series of FFA1 agonists utilizing a 1,3,4-thiadiazole-2-caboxamide scaffold were synthetized. Both series offered significant improvement of the potency compared to the previously described 1,3,4-thiadiazole-based FFA1 agonists and high selectivity for FFA1. Molecular docking predicts new aromatic interactions with the receptor that improve agonist potency. The most potent compounds from both series were profiled for in vitro ADME properties (plasma and metabolic stability, LogD, plasma protein binding, hERG binding and CYP inhibition). One series suffered very rapid degradation in plasma and in presence of mouse liver microsomes. However, the other series delivered a lead compound that displayed a reasonable ADME profile together with the improved FFA1 potency.

Identification and bioactivity evaluation of two novel temporins from the skin secretion of the European edible frog, Pelophylax kl. Esculentus

The amphibian temporins, amongst the smallest antimicrobial peptides (AMPs), are α-helical, amphipathic, hydrophobic and cationic and are active mainly against Gram-positive bacteria but inactive or weakly active against Gram-negative bacteria. Here, we report two novel members of the temporin family, named temporin-1Ee (FLPVIAGVLSKLFamide) and temporin-1Re (FLPGLLAGLLamide), whose biosynthetic precursor structures were deduced from clones obtained from skin secretion-derived cDNA libraries of the European edible frog, Pelophylax kl. esculentus, by ‘shotgun’ cloning. Deduction of the molecular masses of each mature processed peptide from respective cloned cDNAs was used to locate respective molecules in reverse-phase HPLC fractions of secretion. Temporin-1Ee (MIC = 10 μM) and temporin-1Re (MIC = 60 μM) were both found to be active against Gram-positive Staphylococcus aureus, but retaining a weak haemolytic activity. To our knowledge, Single-site substitutions can dramatically change the spectrum of activity of a given temporin. Compared with temporine-1Ec, just one chemically-conservative substitution (Val8 instead of Leu8), temporin-1Ee bearing a net charge of +2 displays broad-spectrum activity with particularly high potency on the clinically relevant Gram-negative strains, Escherichia coli (MIC = 40 μM). These factors bode well for translating temporins to be potential drug candidates for the design of new and valuable anti-infective agents.

Mechanical stretch up-regulates the B-type natriuretic peptide system in human cardiac fibroblasts:a possible defense against transforming growth factor-β mediated fibrosis

BACKGROUND: Mechanical overload of the heart is associated with excessive deposition of extracellular matrix proteins and the development of cardiac fibrosis. This can result in reduced ventricular compliance, diastolic dysfunction, and heart failure. Extracellular matrix synthesis is regulated primarily by cardiac fibroblasts, more specifically, the active myofibroblast. The influence of mechanical stretch on human cardiac fibroblasts' response to pro-fibrotic stimuli, such as transforming growth factor beta (TGFβ), is unknown as is the impact of stretch on B-type natriuretic peptide (BNP) and natriuretic peptide receptor A (NPRA) expression. BNP, acting via NPRA, has been shown to play a role in modulation of cardiac fibrosis.

METHODS AND RESULTS: The effect of cyclical mechanical stretch on TGFβ induction of myofibroblast differentiation in primary human cardiac fibroblasts and whether differences in response to stretch were associated with changes in the natriuretic peptide system were investigated. Cyclical mechanical stretch attenuated the effectiveness of TGFβ in inducing myofibroblast differentiation. This finding was associated with a novel observation that mechanical stretch can increase BNP and NPRA expression in human cardiac fibroblasts, which could have important implications in modulating myocardial fibrosis. Exogenous BNP treatment further reduced the potency of TGFβ on mechanically stretched fibroblasts.

CONCLUSION: We postulate that stretch induced up-regulation of the natriuretic peptide system may contribute to the observed reduction in myofibroblast differentiation.

Baltikinin: A New Myotropic Tryptophyllin-3 Peptide Isolated from the Skin Secretion of the Purple-Sided Leaf Frog, Phyllomedusa baltea

Here we report the identification of a novel tryptophyllin-3 peptide with arterial smooth muscle relaxation activity from the skin secretion of the purple-sided leaf frog, Phyllomedusa baltea. This new peptide was named baltikinin and had the following primary structure, pGluDKPFGPPPIYPV, as determined by tandem mass spectrometry (MS/MS) fragmentation sequencing and from cloned skin precursor-encoding cDNA. A synthetic replicate of baltikinin was found to have a similar potency to bradykinin in relaxing arterial smooth muscle (half maximal effective concentration (EC50) is 7.2 nM). These data illustrate how amphibian skin secretions can continue to provide novel potent peptides that act through functional targets in mammalian tissues.

The application of a novel, cell permeable activity-based probe for the detection of cysteine cathepsins.

Cysteine cathepsins, such as cathepsin S (CTSS), are implicated in the pathology of a wide range of diseases and are of potential utility as diagnostic and prognostic biomarkers. In previous work, we demonstrated the potency and efficiency of a biotinylated diazomethylketone (DMK)-based activity-based probe (ABP), biotin-PEG-LVG-DMK, for disclosure of recombinant CTSS and CTSS in cell lysates. However, the limited cell permeability of both the biotin and spacer groups restricted detection of CTSS to cell lysates. The synthesis and characterisation of a cell permeable ABP to report on intracellular CTSS activity is reported. The ABP, Z-PraVG-DMK, a modified peptidyl diazomethylketone, was based on the N-terminus of human cystatin motif (Leu-Val-Gly). The leucine residue was substituted for the alkyne-bearing proparcylglycine to facilitate conjugation of an azide-tagged reporter group using click chemistry, following irreversible inhibition of CTSS. When incubated with viable Human Embryonic Kidney 293 cells, Z-PraVG-DMK permitted disclosure of CTSS activity following cell lysis and rhodamine azide conjugation, by employing standard click chemistry protocols. Furthermore, the fluorescent tag facilitated direct detection of CTSS using in-gel fluorescent scanning, obviating the necessity for downstream biotin-streptavidin conjugation and detection procedures.

Free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists containing spirocyclic periphery inspired by LY2881835

The free fatty acid receptor 1 (FFA1), a G protein-coupled receptor (GPCR) naturally activated by long-chain fatty acids is a novel target for the treatment of metabolic diseases. The basic amine spirocyclic periphery of Eli Lilly's drug candidate LY2881835 for treatment of type 2 diabetes mellitus (which reached phase I clinical trials) inspired a series of novel FFA1 agonists. These were designed to incorporate the 3-[4-(benzyloxy)phenyl]propanoic acid pharmacophore core decorated with a range of spirocyclic motifs. The latter were prepared via the Prins cyclization and subsequent modification of the 4-hydroxytetrahydropyran moiety in the Prins product. Here, we synthesize 19 compounds and test for FFA1 activity. Within this pilot set, a nanomolar potency (EC50=55nM) was reached. Four lead compounds (EC50 range 55-410nM) were characterized for aqueous solubility, metabolic stability, plasma protein binding and Caco-2 permeability. While some instability in the presence of mouse liver microsomes was noted, mouse pharmacokinetic profile of the compound having the best overall ADME properties was evaluated to reveal acceptable bioavailability (F=10.3%) and plasma levels achieved on oral administration.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.

Transformer les pratiques professionnelles vis-à-vis des personnes prestataires de l’aide sociale : développement participatif et évaluation d’une formation continue en cabinet dentaire

L’objectif de la présente thèse est de générer des connaissances sur les contributions possibles d’une formation continue à l’évolution des perspectives et pratiques des professionnels de la santé buccodentaire. Prônant une approche centrée sur le patient, la formation vise à sensibiliser les professionnels à la pauvreté et à encourager des pratiques qui se veulent inclusives et qui tiennent compte du contexte social des patients. L’évaluation de la formation s’inscrit dans le contexte d’une recherche-action participative de développement d’outils éducatifs et de transfert des connaissances sur la pauvreté. Cette recherche-action aspire à contribuer à la lutte contre les iniquités sociales de santé et d’accès aux soins au Québec; elle reflète une préoccupation pour une plus grande justice sociale ainsi qu’une prise de position pour une santé publique critique fondée sur une « science des solutions » (Potvin, 2013). Quatre articles scientifiques, ancrés dans une philosophie constructiviste et dans les concepts et principes de l’apprentissage transformationnel (Mezirow, 1991), constituent le cœur de cette thèse. Le premier article présente une revue critique de la littérature portant sur l’enseignement de l’approche de soins centrés sur le patient. Prenant appui sur le concept d’une « épistémologie partagée », des principes éducatifs porteurs d’une transformation de perspective à l’égard de la relation professionnel-patient ont été identifiés et analysés. Le deuxième article de thèse s’inscrit dans le cadre du développement participatif d’outils de formation sur la pauvreté et illustre le processus de co-construction d’un scénario de court-métrage social réaliste portant sur la pauvreté et l’accès aux soins. L’article décrit et apporte une réflexion, notamment sur la dimension de co-formation entre les différents acteurs des milieux académique, professionnel et citoyen qui ont constitué le collectif À l’écoute les uns des autres. Nous y découvrons la force du croisement des savoirs pour générer des prises de conscience sur soi et sur ses préjugés. Les outils développés par le collectif ont été intégrés à une formation continue axée sur la réflexion critique et l’apprentissage transformationnel, et conçue pour être livrée en cabinet dentaire privé. Les deux derniers articles de thèse présentent les résultats d’une étude de cas instrumentale évaluative centrée sur cette formation continue et visant donc à répondre à l’objectif premier de cette thèse. Le premier consiste en une analyse des transformations de perspectives et d’action au sein d’une équipe de 15 professionnels dentaires ayant participé à la formation continue sur une période de trois mois. L’article décrit, entre autres, une plus grande ouverture, chez certains participants, sur les causes structurelles de la pauvreté et une plus grande sensibilité au vécu au quotidien des personnes prestataires de l’aide sociale. L’article comprend également une exploration des effets paradoxaux dans l’apprentissage, notamment le renforcement, chez certains, de perceptions négatives à l’égard des personnes prestataires de l’aide sociale. Le quatrième article fait état de barrières idéologiques contraignant la transformation des pratiques professionnelles : 1) l’identification à l’idéologie du marché privé comme véhicule d’organisation des soins; 2) l’attachement au concept d’égalité dans les pratiques, au détriment de l’équité; 3) la prédominance du modèle biomédical, contraignant l’adoption de pratiques centrées sur la personne et 4) la catégorisation sociale des personnes prestataires de l’aide sociale. L’analyse des perceptions, mais aussi de l’expérience vécue de ces barrières démontre comment des facteurs systémiques et sociaux influent sur le rapport entre professionnel dentaire et personne prestataire de l’aide sociale. Les conséquences pour la recherche, l’éducation dentaire, le transfert des connaissances, ainsi que pour la régulation professionnelle et les politiques de santé buccodentaire, sont examinées à partir de cette perspective.

The evolutionary history and activity of a gain-of-function polymorphism in a human antiviral gene

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

A large study on the effect of code obfuscation on the quality of java code

Context: Obfuscation is a common technique used to protect software against mali- cious reverse engineering. Obfuscators manipulate the source code to make it harder to analyze and more difficult to understand for the attacker. Although different ob- fuscation algorithms and implementations are available, they have never been directly compared in a large scale study. Aim: This paper aims at evaluating and quantifying the effect of several different obfuscation implementations (both open source and commercial), to help developers and project manager to decide which one could be adopted. Method: In this study we applied 44 obfuscations to 18 subject applications covering a total of 4 millions lines of code. The effectiveness of these source code obfuscations has been measured using 10 code metrics, considering modularity, size and complexity of code. Results: Results show that some of the considered obfuscations are effective in mak- ing code metrics change substantially from original to obfuscated code, although this change (called potency of the obfuscation) is different on different metrics. In the pa- per we recommend which obfuscations to select, given the security requirements of the software to be protected.