Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.

Development of nuclear DNA probes for the typing of Trypanososma cruzi

We have developed and tested a new way of typing Trypanosoma cruzi, mamely the use of cloned nuclear DNA fragments as genetic markers. Restriction fragment length polymorphisms were verified on Soutern blots hybridized to random probes. Fragment patterns were analyzed and dendrograms constructed. Our results on well characterized laboratory strains correlate well to published isoenzyme studies. Some of the probes were also hybridized to chromosomes separated by pulse field gel electrophoresis a higher degree of heterogeneity was observed at this level.

CYP3A activity measured by the midazolam test is not related to 3435 C >T polymorphism in the multiple drug resistance transporter gene.

A recent study with 69 Japanese liver transplants treated with tacrolimus found that the MDR13435 C >T polymorphism, but not the MDR12677 G >T polymorphism, was associated with differences in the intestinal expression level of CYP3A4 mRNA. In the present study, over 6 h, we measured the kinetics of a 75 microg oral dose of midazolam, a CYP3A substrate, in 21 healthy subjects genotyped for the MDR13435 C >T and 2677 G >T polymorphism. No statistically significant differences were found in the calculated pharmacokinetic parameters between the three 3435 C >T genotypes (TT, CT and CC group, respectively: Cmax (mean +/- SD: 0.30 +/- 0.08 ng/ml, 0.31 +/- 0.09 ng/ml and 0.31 +/- 0.11 ng/ml; Apparent clearance: 122 +/- 29 l/h, 156 +/- 92 l/h and 111 +/- 35 l/h; t1/2: 1.9 +/- 1.1 h, 1.6 +/- 0.90 h and 1.7 +/- 0.7 h). In addition, the 30-min 1'OH midazolam to midazolam ratio, a marker of CYP3A activity, determined in 74 HIV-positive patients before the introduction of antiretroviral treatment, was not significantly different between the three 3435 C >T genotypes (mean ratio +/- SD: 3.65 +/- 2.24, 4.22 +/- 3.49 and 4.24 +/- 2.03, in the TT, CT and CC groups, respectively). Similarly, no association was found between the MDR12677 G >T polymorphism and CYP3A activity in the healthy subjects or in the HIV-positive patients. The existence of a strong association between the activity of CYP3A and MDR13435 C >T and 2677 G >T polymorphisms appears unlikely, at least in Caucasian populations and/or in the absence of specific environmental factors.

Clinical and pharmacogenetic study on smoking and smoking cessation

Currently, smoking cessation represents one of the main strategies to reduce the incidence of tobacco-related diseases in the population. Smoking can also influence pharmacotherapy through several pharmacokinetic or pharmacodynamic interactions. Some of the most concerned drugs are those metabolized by the cytochrome P450 (CYP) 1A2 enzyme (e.g. caffeine, theophylline, clozapine, olanzapine, duloxetine), whose activity is induced by the polycyclic aromatic hydrocarbons found in tobacco smoke. This can result in a clinically significant decrease in the pharmacological effect of the drugs and the need of higher doses in smokers. Conversely, upon smoking cessation, toxic plasma levels of the drugs can be reached. The main objective of this thesis was to study the interindividual variability in CYP1A2 induction in a large cohort of smokers, by measuring CYP1A2 activity before smoking cessation and one month later in continuously abstinent subjects. For this purpose, a clinical study was conducted, including 194 smokers from the general population who wished to participate in a smoking cessation program and therefore received medical counseling and substitution therapy (nicotine or varenicline). An analytical method for the simultaneous quantification of nicotine, its metabolites and varenicline in plasma was developed and validated using ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. This method was used to confirm abstinence at different time points during the follow-up. Moreover, it was used to determine plasma levels of the smoking cessation drugs, to be used in the study of their pharmacogenetics, which was the secondary objective of this thesis. High interindividual variability in CYP1A2 induction by smoking was observed, ranging from no change to approximately 7 times decreased CYP1A2 activity after smoking cessation. Several clinical and genetic factors were investigated in an attempt to explain this variability. Firstly, a significant influence of CYP1A2*1F and *1D alleles, of contraceptive use and of the number of cigarettes smoked per day on CYP1A2 induced activity was observed, and of CYP1A2*1F and the use of contraceptives on the basal activity. But no influence of these factors was found on CYP1A2 inducibility. Given that known genetic polymorphisms in CYP1A2 gene were shown to explain only poorly the observed variations in activity, additional genetic factors were studied. SNPs in the CYP oxidoreductase (POR) gene were found to influence CYP1A2 basal activity, but not the induction. Finally, a pathway-based approach allowed to identify SNPs in genes coding for nuclear receptors (CAR, RXRa, VDR, PXR) and induction-mediating receptors (AhR), which significantly influenced CYP1A2 inducibility and basal activity (SNPs in the gene coding for CAR and RXRa). As secondary objective of the study, the pharmacogenetics of nicotine and varenicline is being investigated. Therefore, the nicotine metabolite ratio is used in the attempt to better explain nicotine dependence and the failure/success of quitting smoking. A population pharmacokinetic model is being developed for varenicline, integrating clinical and genetic factors (genes coding for its metabolizing enzymes and transporters), with the purpose of trying to predict efficacy and side effects. These findings suggest that the influence of smoking on pharmacotherapy could be better managed by including clinical and possibly in the future genetic factors, in the assessment of the adaptations needed when a person starts or stops smoking.  - L'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci. Le tabagisme peut influencer la thérapie médicamenteuse par des interactions pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques. Parmi les médicaments concernés, il y a ceux métabolisés par le cytochrome P450 (CYP) 1A2 (caféine, théophylline, clozapine, olanzapine, duloxétine, etc), dont l'activité enzymatique est induite par les hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans la fumée de cigarette. Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet pharmacologique du traitement et la nécessité d'augmenter les doses d'entretien chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, les taux plasmatiques des médicaments peuvent devenir toxiques. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 dans une large cohorte de fumeurs, par la mesure de l'activité du CYP1A2 avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement pharmacologique (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique pour la quantification simultanée de la nicotine, ses métabolites et la varénicline dans le plasma par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem à été développée et validée. Cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude et déterminer les taux plasmatiques des médicaments, dans le but d'étudier leur pharmacogénétique. Une grande variabilité interindividuelle dans l'induction du CYP1A2 par la fumée a été observée, parfois sans changement et pouvant aller jusqu'à une diminution d'environ 7 fois l'activité du CYP1A2 après l'arrêt de la cigarette. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Tout d'abord, on a observé une influence significative: des allèles CYP1A2*1F et *1D, des contraceptifs et du nombre de cigarettes fumées par jour sur l'activité induite du CYP1A2, ainsi que l'influence de l'allèle *1F et des contraceptifs sur l'activité basale. Cependant, aucune influence de ces facteurs n'a été démontrée sur l'inductibilité du CYP1A2. Étant donné que les polymorphismes génétiques du CYP1A2 apportent peu de renseignements sur la variabilité de son activité, des facteurs génétiques supplémentaires ont été étudiés. Des polymorphismes dans le gène POR (CYP oxidoreductase) ont été associés à l'activité basale du CYP1A2, mais pas à l'induction. Finalement, une approche basée sur la voie de signalisation du CYP1A2 a permis d'identifier des polymorphismes dans des gènes codant pour des récepteurs nucléaires (CAR, RXRa, VDR, PXR) et d'autres liés à l'induction (AhR) qui influencent significativement l'inductibilité et l'activité basale (les SNPs du CAR et RXRa). L'objectif secondaire de cette étude était d'investiguer la pharmacogénétique de la nicotine et de la varénicline. Le ratio métabolique de la nicotine est utilisé pour mieux expliquer la dépendance à la nicotine et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Un modèle pharmacocinétique de population est en cours de développement pour la varénicline, intégrant des facteurs cliniques et génétiques (gènes codant pour ses enzymes de métabolisme et transporteurs), pour tenter de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la pharmacothérapie serait mieux gérée par l'inclusion des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, génétiques, dans l'évaluation des adaptations nécessaires lorsqu'une personne fume ou arrête de fumer.  - l'arrêt du tabac représente une des principales stratégies pour diminuer l'incidence des maladies causées par celui-ci dans la population. Le tabagisme peut influencer les traitements médicamenteux, soit en modifiant leur élimination par l'organisme, soit en agissant sur leur mode d'action. Parmi les médicaments les plus concernés, on retrouve par exemple: la caféine, la théophylline, la clozapine, l'olanzapine, la duloxétine, dont l'élimination est accélérée par la fumée de cigarette (induction enzymatique). Ceci peut se traduire par une diminution de l'effet du traitement et la nécessité d'en augmenter les doses chez les fumeurs. Au contraire, à l'arrêt de la cigarette, on observe un ralentissement de la fonction enzymatique, qui a pour conséquence une augmentation du taux de médicament dans le sang, pouvant devenir toxique. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier comment cette induction par le tabac varie dans une population de fumeurs, par la mesure de l'activité de l'enzyme avant l'arrêt de la cigarette, ainsi qu'un mois après chez les sujets abstinents. Pour ce faire, une étude clinique a été conduite, incluant 194 fumeurs de la population générale dans un programme d'arrêt du tabac offrant des consultations spécifiques et un traitement médicamenteux (nicotine ou varénicline). Une méthode analytique a été mise au point pour mesurer la quantité de nicotine, de ses produits de dégradation et de la varénicline dans le sang des participants à l'étude. De plus, cette méthode a été utilisée pour confirmer l'abstinence pendant l'étude. Une grande variabilité interindividuelle a été observée dans l'induction de l'enzyme par la fumée; il en résulte aucun changement d'activité chez certains sujets après l'arrêt de la cigarette, alors que pour d'autres elle peut être diminuée jusqu'à 7 fois. Plusieurs facteurs cliniques et génétiques ont été étudiés pour essayer d'expliquer cette variabilité. Premièrement, une influence sur l'activité de l'enzyme a été observée pour les contraceptifs hormonaux et le nombre de cigarettes fumées par jour, ainsi que pour certaines variations génétiques dans le gène codant pour l'enzyme d'intérêt, mais il η y a pas eu d'influence sur l'induction. Par la suite, des variations génétiques dans d'autres gènes influençant le fonctionnement de l'enzyme ont été associées soit avec son activité, soit avec son induction par le tabac. Finalement, l'étude propose également d'investiguer si le métabolisme de la nicotine a une influence sur la dépendance, les symptômes de sevrage et le succès/échec de l'arrêt de la cigarette. Des variations génétiques dans les gènes du métabolisme de la varénicline sont également étudiées en lien avec les quantités de varénicline mesurées dans le sang ainsi que les effets du médicament. Ceci permettra peut-être de prédire son efficacité et ses effets secondaires. Les résultats de cette thèse suggèrent que l'influence du tabagisme sur la thérapie médicamenteuse serait mieux gérée en tenant compte des facteurs cliniques et peut-être, dans le futur, de la génétique dans l'adaptation des traitements, que la personne soit fumeuse ou en phase d'arrêt.

Le mélanome et les polymorphismes associés au dysfonctionnement du système immunitaire

La recherche biomédicale profite de plus en plus au développement des techniques de séquençage et d'analyse de l'ADN. Les coûts du séquençage ont drastiquement baissés au cours de ces dernières années et les genomes-wides associations studies (GWAS) ont révolutionné l'approche de la recherche génétique en mettant en évidence associations et single-nucleotide-polymorphisms (SNPs) qui pourraient être importantes pour la susceptibilité à développer des maladies dites communes. La majorité des cancers appartiennent à cette définition de maladie commune, ils sont généralement causés par une accumulation de lésions/mutations de l'ADN aboutissant à une perte de contrôle de la prolifération et du cycle cellulaire. Ces mutations peuvent être héréditaires, acquises ou une combinaison des deux. Dans la plupart des cancers communs (cancers qui n'ont pas une hérédité familiale importante) les mutations de l'ADN sont souvent amenées par des facteurs tels que inflammation chronique, tabac, virus, exposition aux radiations, aux agents chimiques. Ceci est le cas pour le mélanome également, un cancer de la peau qui est corrélé à l'exposition des rayons UV solaires ou artificiels. Une hypothèse largement acceptée aujourd'hui est que les tumeurs, à travers leur accumulation progressive de mutations somatiques et d'anomalies chromosomiques, finissent par échapper au contrôle exercé par le système immunitaire. Il est par conséquence imaginable que des polymorphismes naturels puissent renforcer ou affaiblir la capacité du système immunitaire à freiner voir arrêter la progression tumorale.

Sequence conservation in Plasmodium falciparum alpha-helical coiled coil domains proposed for vaccine development.

BACKGROUND: The availability of the P. falciparum genome has led to novel ways to identify potential vaccine candidates. A new approach for antigen discovery based on the bioinformatic selection of heptad repeat motifs corresponding to alpha-helical coiled coil structures yielded promising results. To elucidate the question about the relationship between the coiled coil motifs and their sequence conservation, we have assessed the extent of polymorphism in putative alpha-helical coiled coil domains in culture strains, in natural populations and in the single nucleotide polymorphism data available at PlasmoDB. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: 14 alpha-helical coiled coil domains were selected based on preclinical experimental evaluation. They were tested by PCR amplification and sequencing of different P. falciparum culture strains and field isolates. We found that only 3 out of 14 alpha-helical coiled coils showed point mutations and/or length polymorphisms. Based on promising immunological results 5 of these peptides were selected for further analysis. Direct sequencing of field samples from Papua New Guinea and Tanzania showed that 3 out of these 5 peptides were completely conserved. An in silico analysis of polymorphism was performed for all 166 putative alpha-helical coiled coil domains originally identified in the P. falciparum genome. We found that 82% (137/166) of these peptides were conserved, and for one peptide only the detected SNPs decreased substantially the probability score for alpha-helical coiled coil formation. More SNPs were found in arrays of almost perfect tandem repeats. In summary, the coiled coil structure prediction was rarely modified by SNPs. The analysis revealed a number of peptides with strictly conserved alpha-helical coiled coil motifs. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: We conclude that the selection of alpha-helical coiled coil structural motifs is a valuable approach to identify potential vaccine targets showing a high degree of conservation.

Plasmodium falciparum CS protein - prime malaria vaccine candidate: definition of the human CTL domain and analysis of its variation

Studies in mice have shown that immunity to malaria sporozoites is mediated primarily by citotoxic T lymphocytes (CTL) specific for epitopes within the circumsporozoite (CS) protein. Humans, had never been shown to generate CTL against any malaria or other parasite protein. The design of a sub-unit vaccine for humans ralies on the epitopes recognized by CTL being identified and polymorphisms therein being defined. We have developed a novel technique using an entire series of overlapping synthetic peptides to define the epitopes of the Plasmodium falciparum CS protein recognized by human CTL and have analyzed the sequence variation of the protein with respect to the identified CTL epitopic domain. We have demonstrated that some humans can indeed generate CTL. against the P. falciparum CS protein. Furthermore, the extent of variation observed for the CTL recognition domain is finite and the combination of peptides necessary for inclusion in a polyvalent vaccine may be small. If ways can be found to increase immune responsiveness, then a vaccine designed to stimulate CS protein-specific CTL activity may prevent malaria.

Repeated unidirectional introgression towards Populus balsamifera in contact zones of exotic and native poplars.

As the evolutionary significance of hybridization is largely dictated by its extent beyond the first generation, we broadly surveyed patterns of introgression across a sympatric zone of two native poplars (Populus balsamifera, Populus deltoides) in Quebec, Canada within which European exotic Populus nigra and its hybrids have been extensively planted since the 1800s. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) that appeared fixed within each species were characterized by DNA-sequencing pools of pure individuals. Thirty-five of these diagnostic SNPs were employed in a high-throughput assay that genotyped 635 trees of different age classes, sampled from 15 sites with various degrees of anthropogenic disturbance. The degree of admixture within sampled trees was then assessed through Bayesian clustering of genotypes. Hybrids were present in seven of the populations, with 2.4% of all sampled trees showing spontaneous admixture. Sites with hybrids were significantly more disturbed than pure stands, while hybrids comprised both immature juveniles and trees of reproductive age. All three possible F1s were detected. Advanced-generation hybrids were consistently biased towards P. balsamifera regardless of whether hybridization had occurred with P. deltoides or P. nigra. Gene exchange between P. deltoides and P. nigra was not detected beyond the F1 generation; however, detection of a trihybrid demonstrates that even this apparent reproductive isolation does not necessarily result in an evolutionary dead end. Collectively, results demonstrate the natural fertility of hybrid poplars and suggest that introduced genes could potentially affect the genetic integrity of native trees, similar to that arising from introgression between natives.

IL28B polymorphism is significantly correlated with ifn anti-viral effectiveness already on first day of pegylated interferon-alpha and ribavirin therapy of chronic HCV infection

Background and Aims: Recently, single nucleotide polymorphisms (SNPs) in IL28B were shown to correlate with response to pegylated interferon-a (IFN) and ribavirin therapy of chronic HCV infection. However, the cause for the SNPs effect on therapy response and its application for direct anti-viral (DAV) treatment are not clear. Here, we analyze early HCV kinetics as function of IL28B SNPs to determine its specific effect on viral dynamics. Methods: IL28B SNPs rs8099917, rs12979860 and rs12980275 were genotyped in 252 chronically HCV infected Caucasian naïve patients (67% HCV genotype 1, 28% genotype 2-3) receiving peginterferonalfa- 2a (180 mg/qw) plus ribavirin (1000-1200 mg/qd) in the DITTO study. HCV-RNA was measured (LD = 50 IU/ml) frequently during first 28 days. Results: RVR was achieved in 33% of genotype 1 patients with genotype CC at rs12979860 versus 12-16% for genotypes TT and CT (P < 0.03). Significant (P < 0.001) difference in viral decline was observed already at day 1 (see Figure). First phase decline was significantly (P < 0.001) larger in patients with genotype CC (2.0 log) than for TT and CT genotypes (0.6 and 0.8), indicating IFN anti-viral effectiveness in blocking virion production of 99% versus 75-84%. There was no significant association between second phase slope and rs12979860 genotype in patients with a first phase decline larger than 1 log. HCV kinetics as function of IL28b SNP. The same trend (not shown) was observed for HCV genotype 2-3 patients with different SNP genotype distribution that may indicate differential selection pressure as function of HCV genotype. Similar results were observed for SNPs rs8099917 and rs12980275, with a strong linkage disequilibrium among the 3 loci allowing to define the composite haplotype best associated with IFN effectiveness. Conclusions: IFN effectiveness in blocking virion production/ release is strongly affected by IL28B SNPs, but not other viral dynamic properties such as infected cell loss rate. Thus, IFN based therapy, as standard-of-care or in combination with DAV, should consider IL28B SNPs for prediction and personalized treatment, while response to pure DAV treatment may be less affected by IL28B SNPs. Additional analyses are undergoing to pinpoint the SNP effect on IFN anti-viral effectiveness.

A mega-analysis of genome-wide association studies for major depressive disorder.

Prior genome-wide association studies (GWAS) of major depressive disorder (MDD) have met with limited success. We sought to increase statistical power to detect disease loci by conducting a GWAS mega-analysis for MDD. In the MDD discovery phase, we analyzed more than 1.2 million autosomal and X chromosome single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in 18 759 independent and unrelated subjects of recent European ancestry (9240 MDD cases and 9519 controls). In the MDD replication phase, we evaluated 554 SNPs in independent samples (6783 MDD cases and 50 695 controls). We also conducted a cross-disorder meta-analysis using 819 autosomal SNPs with P<0.0001 for either MDD or the Psychiatric GWAS Consortium bipolar disorder (BIP) mega-analysis (9238 MDD cases/8039 controls and 6998 BIP cases/7775 controls). No SNPs achieved genome-wide significance in the MDD discovery phase, the MDD replication phase or in pre-planned secondary analyses (by sex, recurrent MDD, recurrent early-onset MDD, age of onset, pre-pubertal onset MDD or typical-like MDD from a latent class analyses of the MDD criteria). In the MDD-bipolar cross-disorder analysis, 15 SNPs exceeded genome-wide significance (P<5 × 10(-8)), and all were in a 248 kb interval of high LD on 3p21.1 (chr3:52 425 083-53 822 102, minimum P=5.9 × 10(-9) at rs2535629). Although this is the largest genome-wide analysis of MDD yet conducted, its high prevalence means that the sample is still underpowered to detect genetic effects typical for complex traits. Therefore, we were unable to identify robust and replicable findings. We discuss what this means for genetic research for MDD. The 3p21.1 MDD-BIP finding should be interpreted with caution as the most significant SNP did not replicate in MDD samples, and genotyping in independent samples will be needed to resolve its status.

Eosinophilic esophagitis: Updated consensus recommendations for children and adults.

Eosinophilic esophagitis (EoE) is a clinicopathologic condition of increasing recognition and prevalence. In 2007, a consensus recommendation provided clinical and histopathologic guidance for the diagnosis and treatment of EoE; however, only a minority of physicians use the 2007 guidelines, which require fulfillment of both histologic and clinical features. Since 2007, the number of EoE publications has doubled, providing new disease insight. Accordingly, a panel of 33 physicians with expertise in pediatric and adult allergy/immunology, gastroenterology, and pathology conducted a systematic review of the EoE literature (since September 2006) using electronic databases. Based on the literature review and expertise of the panel, information and recommendations were provided in each of the following areas of EoE: diagnostics, genetics, allergy testing, therapeutics, and disease complications. Because accumulating animal and human data have provided evidence that EoE appears to be an antigen-driven immunologic process that involves multiple pathogenic pathways, a new conceptual definition is proposed highlighting that EoE represents a chronic, immune/antigen-mediated disease characterized clinically by symptoms related to esophageal dysfunction and histologically by eosinophil-predominant inflammation. The diagnostic guidelines continue to define EoE as an isolated chronic disorder of the esophagus diagnosed by the need of both clinical and pathologic features. Patients commonly have high rates of concurrent allergic diatheses, especially food sensitization, compared with the general population. Proved therapeutic options include chronic dietary elimination, topical corticosteroids, and esophageal dilation. Important additions since 2007 include genetic underpinnings that implicate EoE susceptibility caused by polymorphisms in the thymic stromal lymphopoietin protein gene and the description of a new potential disease phenotype, proton pump inhibitor-responsive esophageal eosinophila. Further advances and controversies regarding diagnostic methods, surrogate disease markers, allergy testing, and treatment approaches are discussed.

Molecular characterization and phenotypic expression of mutations in genes for gonadotropins and their receptors in humans.

Gonadotropin hormones undergo important dynamic changes during life. Their rise during puberty stimulates gonadal steroid secretion, triggering the development of secondary sexual characteristics and the acquisition of fertility. The full spectrum of possible mutations and polymorphisms in the human gonadotropins and in their receptor genes has been described in recent years. Patients harboring these mutations display a very wide range of phenotypes affecting all aspects of the reproductive axis. An important insight provided by the careful study of these patients lies in the striking gender differences in the phenotypes associated with a given mutation. As a result, the careful study of these rare patients has allowed us to better define the respective roles of luteinizing hormone and follicle-stimulating hormone in normal human pubertal development and in the achievement of full fertility potential in either males or females. In this work, we describe briefly the known mutations in the genes for both gonadotropins and their receptors, and discuss their genotype/phenotype correlations in light of these important gender differences.

Subtelomeric structure of Plasmodium falciparum chromosomes

Previous studies of subtelomeric regions in Plasmodium berghei led to the identification of subtelomeric repeats (2.3kb long) present in a variable number at many chromosomal ends. Both loss and increase in 2.3kb-repeat copy number are involved in chromosome-size polymorphisms. Subtelomeric losses leading to chromosome-size polymorphisms have been described by several authors in P.falciparum where the structure of subtelomeric regions is not known in detail. We therefore undertook their characterisation, by means of chromosome walking and jumping techniques, starting from the telomere-flanking sequence present in pPftel.1, the P.falciparum telomeric clone described by Vernick and McCutchan (1988). The results indicate that at least 20 (out of 28) chromosomal ends in P.falciparum 3D7 chromosomes share a subtelomeric region, about 40kb long, covering (but not limited to) the Rep20 region. Non repetitive, AT-rich portions flanking the Rep20 region on both sides are also conserved at most chromosomal ends.

DNA polymorphism of schistosomes and their snail hosts

Analysis of the genomes of schistosomes and one of their intermediate hosts, Biomphalaria glabrata, using Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) demonstrated that intraspecific genetic polymorphism in the parasite is limited but in the snail is highly pronounced. This suggests an important role for the snail in the determination of the epidemiology of the disease. In addition to their intraspecific stability, schistosome derived RAPDs exhibit a high level of interspecific polymorphism and are thus ideal for the construction of phylogenetic trees. For the detection of intraspecific polymorphisms extensive variation in the mitochondrial DNA is being exploited for the development of a PCR based test for Schistosoma mansoni. Gene level polymorphisms are being analyzed by Low Stringency Single Specific Primer PCR.

On the maintenance of sex-chromosome polymorphism by sex-antagonistic selection

Complex sex-determination systems are a priori unstable and require specific selective forces for their maintenance. Analytical derivations have suggested that sex-antagonistic selection may play such a role, but this assumed absence of recombination between the sex-determining and sex-antagonistic genes. Using individual-based simulations, and focusing on the sex chromosome and coloration polymorphisms of platy fishes as a case study, we show that the conditions for polymorphism maintenance induce female-biases in primary sex ratios, so that sex-ratio selection makes the system collapse towards male- or female heterogamety as soon as recombinant genotypes appear. However, a polymorphism can still be maintained under scenarios comprising strong sexual selection against dull males, mild natural selection against bright females, and low recombination rates. Though such conditions are plausibly met in natural populations of fishes harbouring such polymorphisms, quantitative empirical evaluations are required to properly test whether sex-antagonistic selection is a causal agent, or if other selective processes are required (such as local mate competition favouring female biased sex ratios).