Evaluation of potential breath biomarkers for active smoking: assessment of smoking habits

Different compounds have been reported as biomarkers of a smoking habit, but, to date, there is no appropriate biomarker for tobacco-related exposure because the proposed chemicals seem to be nonspecific or they are only appropriate for short-term exposure. Moreover, conventional sampling methodologies require an invasive method because blood or urine samples are required. The use of a microtrap system coupled to gas chromatography–mass spectrometry analysis has been found to be very effective for the noninvasive analysis of volatile organic compounds in breath samples. The levels of benzene, 2,5-dimethylfuran, toluene, o-xylene, and m- p-xylene have been analyzed in breath samples obtained from 204 volunteers (100 smokers, 104 nonsmokers; 147 females, 57 males; ages 16 to 53 years). 2,5-Dimethylfuran was always below the limit of detection (0.005 ppbv) in the nonsmoker population and always detected in smokers independently of the smoking habits. Benzene was only an effective biomarker for medium and heavy smokers, and its level was affected by smoking habits. Regarding the levels of xylenes and toluene, they were only different in heavy smokers and after short-term exposure. The results obtained suggest that 2,5-dimethylfuran is a specific breath biomarker of smoking status independently of the smoking habits (e.g., short- and long-term exposure, light and heavy consumption), and so this compound might be useful as a biomarker of smoking exposure

Contemporary engagements within corridors of the past: temporal elasticity, graffiti, and the materiality of St. Rock Street, Barcelona

In a medieval Barcelonan side-street, urine, rubbish, and a bewildering array of graphic imagery splatters the narrowing walls between two major thoroughfares. A contemporary conflict between residents, unknown artists and others is played out using banners, bottles, stickers, posters, stencils, spray paint, and bodily substances. In this shadowed liminality, local and global debates are superimposed upon substructures constructed from disease, prostitution, and the Saint of the Plague. The continuing urban struggle constitutes temporal statements of dirt and purity, violence and humour, dominance and resistance, death and salvation. Like the renovated facades masking the crumbling remains of structures long neglected, the government’s literal whitewashing of the art is a temporal cover-up of a discursive symptom stretching from deeply embedded preconditions. However, from his niche in the angular bend of the alley bearing his name, the statue of St. Rock remains unblinkingly staring, raised above the contestations expressed below.

The epithelial sodium channel and the control of sodium balance.

Studies aiming at the elucidation of the genetic basis of rare monogenic forms of hypertension have identified mutations in genes coding for the epithelial sodium channel ENaC, for the mineralocorticoid receptor, or for enzymes crucial for the synthesis of aldosterone. These genetic studies clearly demonstrate the importance of the regulation of Na(+) absorption in the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), for the maintenance of the extracellular fluid volume and blood pressure. Recent studies aiming at a better understanding of the cellular and molecular basis of ENaC-mediated Na(+) absorption in the distal part of nephron, have essentially focused on the regulation ENaC activity and on the aldosterone-signaling cascade. ENaC is a constitutively open channel, and factors controlling the number of active channels at the cell surface are likely to have profound effects on Na(+) absorption in the ASDN, and in the amount of Na(+) that is excreted in the final urine. A number of membrane-bound proteases, kinases, have recently been identified that increase ENaC activity at the cell surface in heterologous expressions systems. Ubiquitylation is a general process that regulates the stability of a variety of target proteins that include ENaC. Recently, deubiquitylating enzymes have been shown to increase ENaC activity in heterologous expressions systems. These regulatory mechanisms are likely to be nephron specific, since in vivo studies indicate that the adaptation of the renal excretion of Na(+) in response to Na(+) diet occurs predominantly in the early part (the connecting tubule) of the ASDN. An important work is presently done to determine in vivo the physiological relevance of these cellular and molecular mechanisms in regulation of ENaC activity. The contribution of the protease-dependent ENaC regulation in mediating Na(+) absorption in the ASDN is still not clearly understood. The signaling pathway that involves ubiquitylation of ENaC does not seem to be absolutely required for the aldosterone-mediated control of ENaC. These in vivo physiological studies presently constitute a major challenge for our understanding of the regulation of ENaC to maintain the Na(+) balance.

Urinary sodium excretion and cardiovascular disease mortality.

Comment on: Stolarz-Skrzypek K, Kuznetsova T, Thijs L, Tikhonoff V, Seidlerová J, Richart T, Jin Y, Olszanecka A, Malyutina S, Casiglia E, Filipovsk J, Kawecka-Jaszcz K, Nikitin Y, Staessen JA; European Project on Genes in Hypertension (EPOGH) Investigators. Fatal and nonfatal outcomes, incidence of hypertension, and blood pressure changes in relation to urinary sodium excretion. JAMA. 2011 May 4;305(17):1777-85. PMID: 21540421.

Clinical implications in the shift of syndecan-1 expression from the cell membrane to the cytoplasm in bladder cancer

Background To determine the diagnostic and prognostic capability of urinary and tumoral syndecan-1 (SDC-1) levels in patients with cancer of the urinary bladder. Methods SDC-1 levels were quantitated by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 308 subjects (102 cancer subjects and 206 non-cancer subjects) to assess its diagnostic capabilities in voided urine. The performance of SDC-1 was evaluated using the area under the curve of a receiver operating characteristic curve. In addition, immunohistochemical (IHC) staining assessed SDC-1 protein expression in 193 bladder specimens (185 cancer subjects and 8 non-cancer subjects). Outcomes were correlated to SDC-1 levels. Results Mean urinary levels of SDC-1 did not differ between the cancer subjects and the non-cancer subjects, however, the mean urinary levels of SDC-1 were reduced in high-grade compared to low-grade disease (p < 0.0001), and in muscle invasive bladder cancer (MIBC) compared to non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC) (p = 0.005). Correspondingly, preliminary data note a shift from a membranous cellular localization of SDC-1 in normal tissue, low-grade tumors and NMIBC, to a distinctly cytoplasmic localization in high-grade tumors and MIBC was observed in tissue specimens. Conclusion Alone urinary SDC-1 may not be a diagnostic biomarker for bladder cancer, but its urinary levels and cellular localization were associated with the differentiation status of patients with bladder tumors. Further studies are warranted to define the potential role for SDC-1 in bladder cancer progression.

Clinical implications in the shift of syndecan-1 expression from the cell membrane to the cytoplasm in bladder cancer

Background To determine the diagnostic and prognostic capability of urinary and tumoral syndecan-1 (SDC-1) levels in patients with cancer of the urinary bladder. Methods SDC-1 levels were quantitated by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 308 subjects (102 cancer subjects and 206 non-cancer subjects) to assess its diagnostic capabilities in voided urine. The performance of SDC-1 was evaluated using the area under the curve of a receiver operating characteristic curve. In addition, immunohistochemical (IHC) staining assessed SDC-1 protein expression in 193 bladder specimens (185 cancer subjects and 8 non-cancer subjects). Outcomes were correlated to SDC-1 levels. Results Mean urinary levels of SDC-1 did not differ between the cancer subjects and the non-cancer subjects, however, the mean urinary levels of SDC-1 were reduced in high-grade compared to low-grade disease (p < 0.0001), and in muscle invasive bladder cancer (MIBC) compared to non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC) (p = 0.005). Correspondingly, preliminary data note a shift from a membranous cellular localization of SDC-1 in normal tissue, low-grade tumors and NMIBC, to a distinctly cytoplasmic localization in high-grade tumors and MIBC was observed in tissue specimens. Conclusion Alone urinary SDC-1 may not be a diagnostic biomarker for bladder cancer, but its urinary levels and cellular localization were associated with the differentiation status of patients with bladder tumors. Further studies are warranted to define the potential role for SDC-1 in bladder cancer progression.

Absorption and pharmacokinetics of green tea catechins in beagles

The present study evaluates for the first time in dogs, the kinetics of green tea catechins and their metabolic forms in plasma and urine. Ten beagles were administered 173 mg (12·35 mg/kg body weight) of catechins as a green tea extract, in capsules. Blood samples were collected during 24 h after intake and urine samples were collected during the following periods of time: 02, 26, 68 and 824 h. Two catechins with a galloyl moiety and three conjugated metabolites were detected in plasma. Most of the detected forms in plasma reached their maximum plasma concentration (Cmax) at around 1 h. Median Cmax for (2)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG), (2)-epicatechin-3-gallate (ECG), (2)-epigallocatechin glucuronide (EGCglucuronide), (2)-epicatechin glucuronide (EC-glucuronide), (2)-epicatechin sulphate (EC sulphate) were 0·3 (range 0·11·9), 0·1 (range 00·4), 0·8 (range 0·23·9), 0·2 (range 0·1 1·7) and 1 (range 0·33·4) mmol/l, respectively. The areas under the plasma concentration v. time curves (AUC0!24) were 427 (range 1021185) mmol/l £ min for EGC-glucuronide, 112 (range 53919) mmol/l £ min for EC-sulphate, 71 (range 26306) mmol/l £ min for EGCG, 40 (range 12258) mmol/l £ min for EC-glucuronide and 14 (range 0·1124) mmol/l £ min for ECG. The values of mean residence time (MRT0!24) were 5 (range 216), 2 (range 111), 10 (range 213), 3 (range 216) and 2·4 (range 118) h for EGCG, ECG, EGC-glucuronide, EC-glucuronide and EC sulphate, respectively. In urine, catechins were present as conjugated forms, suggesting bile excretion of EGCG and ECG. Green tea catechins are absorbed following an oral administration and EGC-glucuronide is the metabolic form that remains in the organism for a longer period of time, suggesting that this compound could suffer an enterohepatic cycle.

Four-hour infusions of synthetic atrial natriuretic peptide in normal volunteers.

Two doses of synthetic atrial natriuretic peptide (0.5 and 5.0 micrograms/min) and its vehicle were infused intravenously for 4 hours in eight salt-loaded normal volunteers, and the effect on blood pressure, heart rate, renal hemodynamics, solute excretion, and secretion of vasoactive hormones was studied. The 0.5 micrograms/min infusion did not alter blood pressure or heart rate, whereas the 5.0 micrograms/min infusion significantly reduced the mean pressure by 20/9 mm Hg after 2.5 to 3 hours and increased the heart rate slightly. Inulin clearance was not significantly changed, but the mean p-aminohippurate clearance fell by 13 and 32% with the lower and higher doses, respectively. Urinary excretion of sodium and chloride increased slightly with the lower dose. With the higher dose, a marked increase in urinary excretion of sodium, chloride, and calcium was observed, reaching a peak during the second hour of the infusion. Potassium and phosphate excretion did not change significantly. A brisk increase in urine flow rate and fractional water excretion was seen only during the first hour of the high-dose infusion. Signs and symptoms of hypotension were observed in two subjects. No change in plasma renin activity, angiotensin II, or aldosterone was observed during either infusion, but a marked increase occurred after discontinuation of the high-dose infusion. In conclusion, the 5 micrograms/min infusion induced a transient diuretic effect, delayed maximal natriuretic activity, and a late fall in blood pressure, with no change in inulin clearance but a dose-related decrease in p-aminohippurate clearance. Despite large amounts of sodium excreted and blood pressure reduction, no counterregulatory changes were observed in the renin-angiotensin-aldosterone system or plasma vasopressin levels during the infusion.

High-performance liquid chromatography of the renal blood flow marker p-aminohippuric acid (PAH) and its metabolite N-acetyl PAH improves PAH clearance measurements.

PAH (N-(4-aminobenzoyl)glycin) clearance measurements have been used for 50 years in clinical research for the determination of renal plasma flow. The quantitation of PAH in plasma or urine is generally performed by colorimetric method after diazotation reaction but the measurements must be corrected for the unspecific residual response observed in blank plasma. We have developed a HPLC method to specifically determine PAH and its metabolite NAc-PAH using a gradient elution ion-pair reversed-phase chromatography with UV detection at 273 and 265 nm, respectively. The separations were performed at room temperature on a ChromCart (125 mmx4 mm I.D.) Nucleosil 100-5 microm C18AB cartridge column, using a gradient elution of MeOH-buffer pH 3.9 1:99-->15:85 over 15 min. The pH 3.9 buffered aqueous solution consisted in a mixture of 375 ml sodium citrate-citric acid solution (21.01 g citric acid and 8.0 g NaOH per liter), added up with 2.7 ml H3PO4 85%, 1.0 g of sodium heptanesulfonate and completed ad 1000 ml with ultrapure water. The N-acetyltransferase activity does not seem to notably affect PAH clearances, although NAc-PAH represents 10.2+/-2.7% of PAH excreted unchanged in 12 healthy subjects. The performance of the HPLC and the colorimetric method have been compared using urine and plasma samples collected from healthy volunteers. Good correlations (r=0.94 and 0.97, for plasma and urine, respectively) are found between the results obtained with both techniques. However, the colorimetric method gives higher concentrations of PAH in urine and lower concentrations in plasma than those determined by HPLC. Hence, both renal (ClR) and systemic (Cls) clearances are systematically higher (35.1 and 17.8%, respectively) with the colorimetric method. The fraction of PAH excreted by the kidney ClR/ClS calculated from HPLC data (n=143) is, as expected, always <1 (mean=0.73+/-0.11), whereas the colorimetric method gives a mean extraction ratio of 0.87+/-0.13 implying some unphysiological values (>1). In conclusion, HPLC not only enables the simultaneous quantitation of PAH and NAc-PAH, but may also provide more accurate and precise PAH clearance measurements.

Sodium and potassium balance depends on αENaC expression in connecting tubule.

Mutations in α, β, or γ subunits of the epithelial sodium channel (ENaC) can downregulate ENaC activity and cause a severe salt-losing syndrome with hyperkalemia and metabolic acidosis, designated pseudohypoaldosteronism type 1 in humans. In contrast, mice with selective inactivation of αENaC in the collecting duct (CD) maintain sodium and potassium balance, suggesting that the late distal convoluted tubule (DCT2) and/or the connecting tubule (CNT) participates in sodium homeostasis. To investigate the relative importance of ENaC-mediated sodium absorption in the CNT, we used Cre-lox technology to generate mice lacking αENaC in the aquaporin 2-expressing CNT and CD. Western blot analysis of microdissected cortical CD (CCD) and CNT revealed absence of αENaC in the CCD and weak αENaC expression in the CNT. These mice exhibited a significantly higher urinary sodium excretion, a lower urine osmolality, and an increased urine volume compared with control mice. Furthermore, serum sodium was lower and potassium levels were higher in the genetically modified mice. With dietary sodium restriction, these mice experienced significant weight loss, increased urinary sodium excretion, and hyperkalemia. Plasma aldosterone levels were significantly elevated under both standard and sodium-restricted diets. In summary, αENaC expression within the CNT/CD is crucial for sodium and potassium homeostasis and causes signs and symptoms of pseudohypoaldosteronism type 1 if missing.

The use of telomerase activity for the detection of prostatic cancer cells after prostatic massage.

PURPOSE: Prostate cancer is the most commonly diagnosed cancer in the United States. The diagnosis or followup of prostate cancer in men older than 50 years is based on digital rectal examination, measurement of the free-to-total prostatic specific antigen ratio and transrectal ultrasound assisted needle biopsy of the prostate. We developed and evaluated a noninvasive method for diagnosing prostate cancer based on the measurement of telomerase activity after prostatic massage in fresh voided urine or after urethral washing. MATERIALS AND METHODS: We obtained 36 specimens of cells after prostatic massage in the fresh voided urine of 16 patients who subsequently underwent radical prostatectomy and after urethral washing in 20 who underwent prostate needle biopsies. Ethylenediaminetetraacetic acid was immediately added to the collected urine or washing to a final concentration of 20 mM. After protein extraction by CHAPS buffer each specimen was tested for telomerase activity in a 2-step modified telomeric repeat amplification protocol assay. The 2 prostate cancer cell lines PC-3 and LNCaP with high telomerase activity were used as a positive control. RESULTS: Telomerase activity was detected in 14 of 24 samples with known prostate cancer (sensitivity 58%). In contrast, no telomerase activity was found in the 12 cases without histological evidence of prostate tumor (specificity 100%). Eight of 9 poorly differentiated cancers expressed telomerase activity (89%), while only 6 of 15 well and moderately differentiated cancers showed telomerase activity (40%). CONCLUSIONS: Our data illustrate that telomerase activity may be detected in voided urine or washing after prostatic massage in patients with prostate cancer. Sensitivity was higher for poorly differentiated tumors. This approach is not currently available for detecting prostate cancer in clinical practice. However, these results are promising and further studies are ongoing.

Thermogenic effect of the new beta-adrenoreceptor agonist Ro 16-8714 in healthy male volunteers.

Previous investigations in experimental animals have shown that a new type of beta-adrenoceptor agonist (Ro 16-8714) possesses both thermogenic and antihyperglycemic properties. The aim of the study was to assess the thermogenic capacity of the compound in man after acute administration. Following an overnight fast three different doses (5, 10 and 20 mg) and a placebo were given per os to six normal-weight young men. The rate of energy expenditure (EE) and substrate utilization were determined by indirect calorimetry (hood system) before and for 6 h following the drug administration. Heart rate and blood pressure as well as plasma glucose, insulin and free fatty acid (FFA) concentrations were also measured at regular intervals throughout the study. The increment relative to base-line (mean +/- s.e.m.) in EE with placebo, 5, 10 and 20 mg was 4 +/- 3, 10 +/- 2, 11 +/- 2 and 21 +/- 2 percent respectively whereas heart rate was enhanced by 2 +/- 2, 8 +/- 3, 22 +/- 2, and 49 +/- 8 percent. Systolic blood pressure increased less (1 +/- 2, 8 +/- 1, 11 +/- 1 and 13 +/- 2 percent), and diastolic blood pressure did not change significantly. Simultaneously we observed a slight and transient increase in blood glucose, insulin and FFA concentrations. It is concluded that in lean individuals Ro 16-8714 is a potent thermogenic agent; however, new beta-adrenoceptor agonists should be developed in order to avoid the tachycardia associated with the thermogenic effect.

Comparative efficacy of chelators to remove renal cadmium burden in isolated perfused rat kidneys

Trois agents chélateurs (l?acide diéthylène triamine penta-acétique, DTPA; l?acide méso-2,3- dimercaptosucchique, DMSA; l?acide 2,3-dimercapto- 1 -propanesulfonique, DMPS) ont été comparés quant à leur efficacité à mobiliser du cadmium (Cd) accumulé dans le tissu rénal. Des reins prélevés chez des rats exposés durant 3 j au Cd (acétate de Cd , 0.75 mg/kg.j, i.p) ont été isolés et perfusés in vitro, à l?aide d?un système de reperfusion utilisant une solution de Krebs-Henseleit, pH 7.4, contenant 8 acides aminés et 6% d?albumine. Les concentrations de Cd dans le perfusat et l?urine ont été mesurées par spectrométrie d?absorption atomique. Six périodes de clearance, après une période d?équilibration de 20 min, ont ?été obtenues. Le DMSA et le DMPS ont mobilisé le Cd à partir du tissu rénal, comme l?ont montré les augmentations dose-dépendantes des concentrations de Cd dans l?urine et le perfusat. L?accumulation de Cd était nettement plus élevée dans le perfusat que dans l?urine, indiquant que l?effet des chélateurs se marquait surtout au niveau tubulaire basolatéral. Le DTPA n?induisait qu?une faible mobilisation de Cd dans l?urine et le perfusat, et son efficacité était clairement inférieure à celle des autres chélateurs. Comme prévu, la quantité de Cd présente dans le tissu rénal après perfùsion par le DMSA ou le DMPS diminuait en fonction de l?efficacité des chélateurs, jusqu?à des valeurs inférieures de 46% au taux rénal de Cd avant perfusion. Le DMPS apparaissait induire une excretion urinaire de Cd plus importante que celle induite par le DMSA, une caractéristique qui pourrait être liée à une sécrétion tubulaire du chélateur, qui a été décrite antérieurement. Un intervalle de temps prolongé (1 -2 semaines) entre le moment de l?administration du Cd et la perfusion du rein avec le DMPS induisait une augmentation de l?excrétion urinaire de Cd. Tous les chélateurs se sont montrés néphrotoxiques à concentrations élevées.

Métabolisme d'antidépresseurs dans différentes espèces : aspects méthodologiques et pharmacogénétiques, perspectives cliniques

Résumé pour large public Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne Lors de la prise d'un médicament, celui-ci va passer par différentes étapes que sont l'absorption, la distribution, le métabolisme et enfin l'élimination. Ces quatre étapes sont regroupées sous le nom de pharmacocinétique. A noter que ces quatre paramètres sont dynamiques et en constante évolution. Durant cette thèse, nous avons investigué différents aspects de la pharmacocinétique, tout d'abord par une revue de la littérature sur la glycoprotéine-P (Pgp). Récemment découverte, cette protéine de membrane est située aux endroits stratégiques de l'organisme comme la barrière hématoencéphalée, le placenta ou les intestins où elle influencera l'entrée de différentes substances, en particulier les médicaments. La Pgp serait impliquée dans les phénomènes de résistances aux agents thérapeutiques en oncologie. La Pgp influence donc l'absorption des médicaments, et son impact en clinique, en termes d'efficacité de traitement et de toxicité prend chaque jour plus d'importance. Ensuite nous avons mis au point une méthode d'analyse quantitative d'un antidépresseur d'une nouvelle génération : la mirtazapine (Remeron®). La nouveauté réside dans la façon dont la mirtazapine interagit avec les neurotransmetteurs impliqués dans la dépression que sont la sérotonine et la noradrénaline. Cette méthode utilise la chromatographie liquide pour séparer la mirtazapine de ses principaux métabolites dans le sang. La spectrométrie de masse est utilisée pour les détecter et les quantifier. Les métabolites sont des substances issues de réactions chimiques entre la substance mère, la mirtazapine, et généralement des enzymes hépatiques, dans le but de rendre cette substance plus soluble en vue de son élimination. Cette méthode permet de quantifier la mirtazapine et ses métabolites dans le sang de patients traités et de déterminer la variation des taux plasmatiques chez ces patients. Puis nous avons étudié le métabolisme d'un autre antidépresseur, le citalopram, qui a un métabolisme complexe. Le citalopram est un racémate, c'est-à-dire qu'il existe sous forme de deux entités chimiques (R-(-) et S-(+) citalopram) qui ont le même nombre d'éléments mais arrangés différemment dans l'espace. La voie métabolique cérébrale du citalopram est sous le contrôle d'une enzyme, la monoamine oxydase (MAO), conduisant à une forme acide du citalopram (l'acide propionique du citalopram). La MAO existe sous deux formes : MAO-A et MAO-B. Nous avons utilisé des souris déficientes d'un gène, celui de la MAO-A, pour mieux en comprendre le métabolisme en les comparants à des souris sauvages (sans déficience de ce gène). Nous avons utilisé le citalopram et deux de ses métabolites (le déméthylcitaloprarn et le didéméthyícitalopram) comme substrats pour tester la formation in vitro de l'acide propionique du citalopram. Nos résultats montrent que la MAO-A favorise la formation de l'entité R-(-) et présente une plus grande affinité pour le citalopram, tandis que la MAO-B métabolise préférentiellement l'entité S-(+) et a une plus grande affinité pour les deux métabolites déméthylés. De plus, la déficience en MAO-A est partiellement compensée parla MAO-B chez les souris déficientes du gène de la MAO-A. Enfin, nous avons étudié une deuxième voie métabolique du citalopram qui s'est avérée toxique chez le chien Beagle. Celle-ci est catalysée par une autre famille d'enzymes, les cytochromes P-450, et mène aux métabolites déméthylés et didéméthylés du citalopram. Nous avons utilisé des tissus hépatiques de chiens Beagle. Plusieurs cytochromes P-450 sont impliqués dans le métabolisme du citalopram menant à sa forme déméthylée, ceci tant chez l'homme que chez le chien. Par contre, dans le métabolisme de la forme déméthylée menant à 1a forme didéméthylée, un seul cytochrome P-450 serait impliqué chez l'Homme, tandis qu'ils seraient plusieurs chez le chien. L'activité enzymatique produisant la forme didéméthylée est beaucoup plus importante chez le chien comparé à l'homme. Cette observation soutien l'hypothèse que des taux élevés de la forme didéméthylée participent à la toxicité spécifique du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant que les enzymes peuvent être stimulées ou inhibées, il importe de pouvoir suivre au plus prés les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Résumé Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne La plupart des médicaments subissent une transformation enzymatique dans l'organisme. Les substances issues de cette métabolisation ne sont pas toujours dotées d'une activité pharmacologique. Il s'est avéré par conséquent indispensable de suivre les taux plasmatiques d'une substance et de ses métabolites et d'établir ou non l'existence d'une relation avec l'effet clinique observé. Ce concept nommé « therapeutic drag monitoring » (TDM) est particulièrement utile en psychiatrie ou un manque de compliance des patients est fréquemment observé. Les médicaments psychotropes ont un métabolisme principalement hépatique (cytochromes P-450) et parfois cérébral (monoamines oxydases), comme pour le citalopram par exemple. Une méthode stéréosélective de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse a été développée pour analyser les énantiomères R-(-) et S-(+) d'un antidépresseur agissant sur les récepteurs noradrénergiques et sérotoninergiques, la mirtazapine et de ses métabolites déméthylmirtazapine et 8-hydroxymirtazapine. Les données préliminaires obtenues dans les plasmas dosés suggèrent que les concentrations de R-(-)-mirtazapine sont plus élevées que celles de S-(+)-mirtazapine, à l'exception des patients qui auraient comme co-médication des inhibiteurs du CYP2D6, telle que la fluoxétine ou la thioridazine. Il y a une enantiosélectivité du métabolisme de la mirtazapine. En particulier pour la 8-hydroxymirtazapine qui est glucuroconjuguée et pour laquelle le ratio S/R varie considérablement. Cette méthode analytique présente l'avantage d'être utilisable pour le dosage stéréosélectif de la mirtazapine et de ses métabolites dans le plasma de patients ayant d'autres substances en co-médication. La glycoprotéine P fonctionne comme une pompe transmembranaire transportant les xénobiotiques depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Son induction et son inhibition, bien que moins étudiées que pour les cytochromes P-450, ont des implications cliniques importantes en termes d'efficacité de traitement et de toxicité. Cette glycoprotéine P a fait l'objet d'une recherche bibliographique. Nous avons étudié le métabolisme du citalopram, un antidépresseur de la classe des inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine chez la souris et chez le chien. Cette substance subit un métabolisme complexe. La voie de métabolisation conduisant à la formation de l'acide propionique du citalopram, catalysée par les monoamines oxydases, a été étudiée in vitro dans les mitochondries cérébrales chez la souris déficiente du gène de la MAO-A (Tg8). La monoamine oxydase A catalyse la formation de l'énantiomère R-(-) et présente une plus grande affinité pour les amines tertiaires, tandis que la monoamine oxydase B favorise la formation de la forme S-(+) et a une affinité plus marquée pour les amines secondaires et primaires. L'étude du citalopram chez la souris Tg8 adulte a montré que la monoamine oxydase B compense la déficience de la monoamine oxydase A chez ces souris génétiquement modifiées. Une autre voie de métabolisation du citalopram conduisant à la formation de didéméthylcitalopram, catalysée par les cytochromes P-450, a été étudiée in vitro dans des microsomes hépatiques de chiens Beagle. Nos études ont montré que les cinétiques de N-déméthylation du citalopram sont biphasiques chez le chien. Les orthologues canins impliqués dans la première N-déméthylation semblent être identiques aux cytochromes P-450 humains. Par contre, dans la deuxième Ndéméthylation, un seul cytochrome P-450 semble être impliqué chez l'homme (CYP2D6), tandis qu'on retrouve jusqu'à cinq orthologues chez le chien. Le CYP2D15, orthologue canin du CYP2D6, est majoritairement impliqué. De plus, l'activité enzymatique, reflétée par les clairances intrinsèques, dans la première N-déméthylation est jusqu'à 45 fois plus élevée chez le chien comparé à l'homme. Ces différentes observations soutiennent l'hypothèse que des taux élevés de didéméthylcitalopram sont responsables de la toxicité du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant -que les enzymes peuvent être induits ou inhibés, il importe de pouvoir suivre au plus près les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Summary Most of the drugs are metabolized in the organism. Substances issued from this metabolic activity do not always show a pharmacological activity. Therefore, it is necessary to monitor plasmatic levels of drugs and their metabolites, and establish the relationship with the clinical effect. This concept named therapeutic drug monitoring is very useful in psychiatry where lack of compliance is commonly observed. Antidepressants are mainly metabolized in the liver (cytochrome P-450) and sometimes in the brain (monoamine oxidase) like the citalopram, for exemple. A LC-MS method was developed, which allows the simultaneous analysis of R-(-) and S-(+) enantiomers of mirtazapine, an antidepressant acting specifically on noradrenergic and serotonergic receptors, and its metabolites demethylmirtazapine and 8-hydroxymirtazapine in plasma of mirtazapine treated patients. Preliminary data obtained suggested that R-(-) mirtazapine concentrations were higher than those of S-(+) mirtazapine, except in patients comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine or thioridazine. There is an enantioselectivity in the metabolism of mirtazapine. In particular for the 8-hydroxymirtazapine, which is glucuroconjugated and S/R ratio varies considerably. Therefore this method seems to be suitable for the stereoselective assay of mirtazapine and its metabolites in plasma of patients comedicated with mirtazapine and other drugs for routine and research purposes. P-glycoprotein is working as an efflux transporter of xenobiotics from intracellular to extracellular environment. Its induction or inhibition, although less studied than cytochrome P-450, has huge clinical implications in terms of treatment efficacy and toxicity. An extensive literature search on P-glycoprotein was performed as part of this thesis. The study of citalopram metabolism, an antidepressant belonging to the class of selective serotonin reuptake inhibitors. This substance undergoes a complex metabolism. First metabolization route leading to citalopram propionic acid, catalyzed by monoamine oxidase was studied in vitro in mice brain mitochondria. Monoamine oxidase A catalyzed the formation of R-(-) enantiomer and showed greater affinity for tertiary amines, whereas monoamine oxidase B triggered the formation of S-(+) enantiomer and demonstrated higher affinity for primary and secondary amines. citalopram evaluation in adult Tg8 mice showed that monoamine oxidase B compensated monoamine oxidase A deficiency in those genetically transformed mice. The second metabolization route of citalopram leading to didemethylcitalopram and catalyzed by cytochrome P-450 was studied in vitro in Beagle dog's livers. Our results showed that citalopram N-demethylation kinetics are biphasic in dogs. Canine orthologs involved in the first N-demethylation seemed to be identical to human cytochromes P-450. However, in the second N-demethylation only one cytochrome P-450 seemed to be involved in human (CYP2D6), whereas up to five canine orthologs were found in dogs. CYP2D15 canine ortholog of CYP2D6 was mainly involved. In addition, enzymatic activity reflected by intrinsic clearance in the first N-demethylation was up to 45 fold higher in dogs compared to humans. Those observations support the assumption that elevated rates of didemethylcitalopram are responsible for citalopram toxicity in dogs. We can conclude that several enzymes groups are involved in the brain, as well as in the liver, in antidepressant metabolization. Knowing that enzymes may be induced or inhibited, it makes sense to closely monitor plasmatic levels of antidepressants and their metabolites.

Modulation of the epithelial sodium channel by serine proteases

Abstract The epithelial sodium channel (ENaC) is composed of three homologous subunits α, ß, and γ. This channel is involved in the regulation of sodium balance, which influences the periciliary liquid level in the lung, and blood pressure via the kidney. ENaC expressed in Xenopus laevis oocytes is preferentially and rapidly assembled into heteromeric αßγ complexes. Expression of homomeric α or heteromeric αß and αγ complexes lead to channel expression at the cell surface wíth low activities. Recent studies have demonstrated that α and γ (but not ß) ENaC subunits undergo proteolytic cleavage by endogenous proteases (i.e. furin) correlating with increased channel activity. We therefore assayed the full-length subunits and their cleavage products at the cell surface, as well as in the intracellular pool for all homo- and heteromeric combínations (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ and αßγ) and measured the corresponding channel activities as amiloride-sensitive sodíum transport (INa). We showed that upon assembly, cleavage of the y ENaC subunit ís responsible for increasing INa. We further demonstrated that in disease states such as cystic fibrosis (CF) where there is disequilibrium in the proteaseprotease inhibitor balance, ENaC is over-activated by the serine protease elastase (NE). We demonstrated that elevated NE concentrations can cleave cell surface expressed γ ENaC (but not α, or ß ENaC), suggesting a causal relationship between γ ENaC cleavage and ENaC activation, taking place at the plasma membrane. In addition, we demonstrated that the serine protease inhibitor (serpin) serpinH1, which is co-expressed with ENaC in the distal nephron is capable of inhibiting the channel by preventing cleavage of the γ ENaC subunit. Aldosterone mediated increases in INa aze known to be inhibted by TGFß. TGFß is also known to increase serpinHl expression. The demonstrated inhibition of γ ENaC cleavage and channel activation by serpinH1 may be responsible for the effect of TGFß on aldosterone stimulation in the distal nephron. In summary, we show that cleavage of the γ subunit, but not the α or ß subunit is linked to channel activation in three seperate contexts. Résumé Le canal épithélial à sodium (ENaC) est constitué de trois sous-unités homologues α, ß, and γ. Ce canal est impliqué dans le maintien de la balance sodique qui influence le niveau du liquide périciliaire du poumon et la pression sanguine via le rein. Dans les ovocytes de Xenopus laevis ENaC est préférentiellement et rapidement exprimé en formant un complexe hétéromérique αßγ. En revanche, l'expression homomérique de α ou hétéromérique des complexes αß et αγ conduit à une expression à la surface cellulaire d'un canal ENaC ne possédant qu'une faible activité. Des études récentes ont mis en évidence que les sous-unités α et γ d'ENaC (mais pas ß) sont coupées par des protéases endogènes (les farines) et que ces clivages augmentent l'activité du canal. Nous avons donc analysé, aussi bien à la surface cellulaire que dans le cytoplasme, les produits des clivages de combinaison homo- et hétéromérique des sous-unités d'ENaC (α, ß, γ, ßγ, αß, αγ, ßγ et αßγ). En parallèle, nous avons étudié l'activité correspondante à ces canaux par la mesure du transport de sodium sensible à l'amiloride (INa). Nous avons montré que lors de l'assemblage des sous-unités d'ENaC, le clivage de γ correspond à l'augmentation de INa. Nous avons également mis en évidence que dans une maladie telle que la fibrose cystique (CF) caractérisée par un déséquilibre de la balance protéase-inhibiteur de protéase, ENaC est suractivé par une sérine protéase nommée élastase (NE). L'augmentation de la concentration de NE clive γ ENaC exprimé à la surface cellulaire (mais pas α, ni ß ENaC) suggérant une causalité entre le clivage d'ENaC et son activation à la membrane plasmique. De plus, nous avons démontré que l'inhibiteur de sérine protéase (serpin) serpinH1, qui est co-exprimé avec ENaC dans le néphron distal, inhibe l'activité du canal en empêchant le clivage de la sous-unité γ ENaC. Il est connu que le INa induit par l'aldostérone peut être inhibé par TGFß. Or TGFß augmente l'expression de serpinH1. L'inhibition du clivage de γ ENaC et de l'activation du canal par la serpinH1 que nous avons mis en évidence pourrait ainsi être responsable de l'effet de TGFß sur la stimulation du courant par l'aldostérone dans le néphron distal. En résumé, nous avons montré que le clivage de la sous-unité γ, mais pas des sous-unités α et ß, est lié à l'activation du canal dans trois contextes distincts. Résumé tout public Le corps humain est composé d'environ 10 000 milliards de cellules et d'approximativement 60% d'eau. Les cellules du corps sont les unités fondamentales de la vie et elles sont dépendantes de certains nutriments et molécules. Ces nutriments et molécules sont dissous dans l'eau qui est présente dans et hors des cellules. Le maintien d'une concentration adéquate - de ces nutriments et de ces molécules dans l'eau à l'intérieur et à l'extérieur des cellules est -..essentiel pour leur survie. L'eau hors des cellules est nommée le fluide extracellulaire et peut être subdivisée en fluide interstitiel, qui se trouve autour des cellules, et en plasma, qui est le fluide des vaisseaux sanguins. Les fluides, les nutriments et les molécules sont constamment échangés entre les cellules, le fluide interstitiel, et le plasma. Le plasma circule dans le système circulatoire afin de distribuer les nutriments et molécules dans tout le corps et afin d'enlever les déchets cellulaires. Le rein joue un rôle essentiel dans la régulation du volume et de la concentration du plasma en éliminant sélectivement les nutriments et les molécules via la formation de l'urine. L'être humain possède deux reins, constitués chacun d'environ 1 million de néphrons. Ces derniers sont responsables de réabsorber et de sécréter sélectivement les nutriments et les molécules. Le canal épithélial à sodium (ENaC) est localisé à la surface cellulaire des néphrons et est responsable de la réabsorption du sodium (Na+). Le Na+ est présent dans quasiment toute la nourriture que nous mangeons et représente, en terme de molécule, 50% du sel de cuisine. Si trop de sodium est consommé, ENaC est inactif, si bien que le Na+ n'est pas réabsorbé et quitte le corps par l'urine. Ce mécanisme permet d'éviter que la concentration plasmatique de Na+ ne devienne trop grande, ce qui résulterait en une augmentation de la pression sanguine. Si trop peu de Na+ est consommé, ENaC réabsorbe le Na+ de l'urine primaire ce qui permet de conserver la concentration de Na+ et de prévenir une diminution de la pression sanguine par une perte de Na+. ENaC est aussi présent dans les cellules des poumons qui sont les organes permettant la respiration. La respiration est aussi essentielle pour la survie des cellules. Les poumons ne doivent pas contenir trop de liquide afin de permettre la respiration, mais en même temps ils ne doivent pas non plus être trop secs. En effet, ceci tuerait les cellules et empêcherait aussi la respiration. ENaC permet de maintenir un niveau d'humidité approprié dans les poumons en absorbant du Na+ ce qui entraîne un mouvement osmotique d'eau. L'absorption de sodium par ENaC ~ est augmentée par les protéases (in vitro et ex vivo). Les protéases sont des molécules qui peuvent couper d'autres molécules à des endroits précis. Nous avons démonté que certaines protéases augmentent l'absorption de Na+ en coupant ENaC à des endroits spécifiques. L'inhibition de ces protéases diminue le transport de Na+ et empêche le clivage d'ENaC. Dans certaines maladies telle que la mucoviscidose, des protéases sont suractivées et augmentent l'activité d'ENaC de manière inappropriée conduisant à une trop forte absorption de Na+ et à un déséquilibre de la muqueuse des poumons. Cette étude est donc particulièrement importante dans le cadre de la recherche thérapeutique de ce genre de maladie.