Prediction of postprandial blood glucose under intra-patient variability and uncertainty and its use in the design of insulin dosing strategies for type 1 diabetic patients

In this thesis I propose a novel method to estimate the dose and injection-to-meal time for low-risk intensive insulin therapy. This dosage-aid system uses an optimization algorithm to determine the insulin dose and injection-to-meal time that minimizes the risk of postprandial hyper- and hypoglycaemia in type 1 diabetic patients. To this end, the algorithm applies a methodology that quantifies the risk of experiencing different grades of hypo- or hyperglycaemia in the postprandial state induced by insulin therapy according to an individual patient’s parameters. This methodology is based on modal interval analysis (MIA). Applying MIA, the postprandial glucose level is predicted with consideration of intra-patient variability and other sources of uncertainty. A worst-case approach is then used to calculate the risk index. In this way, a safer prediction of possible hyper- and hypoglycaemic episodes induced by the insulin therapy tested can be calculated in terms of these uncertainties.

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Disease progression in heterosexual patients infected with closely related subtype B strains of HIV type 1 with differing coreceptor usage properties

Previously we described a heterosexual outbreak of HIV-1 subtype B in a town in the north of England (Doncaster) where 11 of 13 infections were shown to be linked by phylogenetic analysis of the env gp120 region. The 11 infections were related to a putative index case, Don1, and further divided into two groups based on the patients' disease status, their viral sequences, and other epidemiological information. Here we describe two further findings. First, we found that viral isolates and gp120 recombinant viruses derived from patients from one group used the CCR5 coreceptor, whereas viruses from the other group could use both the CCR5 and CXCR4 coreceptors. Patients with the X4/R5 dual tropic strains were symptomatic when diagnosed and progressed rapidly, in contrast to the other patient group that has remained asymptomatic, implying a link between the tropism of the strains and disease outcome. Second, we present additional sequence data derived from the index case, demonstrating the presence of sequences from both clades, with an average interclade distance of 9.56%, providing direct evidence of a genetic link between these two groups. This new study shows that Don1 harbored both strains, implying he was either dually infected or that over time intrahost diversification from the R5 to R5/X4 phenotype occurred. These events may account for/have led to the spread of two genetically related strains with different pathogenic properties within the same heterosexual community.

The challenges for molecular nutrition research 1: linking genotype to healthy nutrition

Nutrition science finds itself at a major crossroad. On the one hand we can continue the current path, which has resulted in some substantial advances, but also many conflicting messages which impair the trust of the general population, especially those who are motivated to improve their health through diet. The other road is uncharted and is being built over the many exciting new developments in life sciences. This new era of nutrition recognizes the complex relation between the health of the individual, its genome, and the life-long dietary exposure, and has lead to the realisation that nutrition is essentially a gene - environment interaction science. This review on the relation between genotype, diet and health is the first of a series dealing with the major challenges in molecular nutrition, analyzing the foundations of nutrition research. With the unravelling of the human genome and the linking of its variability to a multitude of phenotypes from " healthy'' to an enormously complex range of predispositions, the dietary modulation of these propensities has become an area of active research. Classical genetic approaches applied so far in medical genetics have steered away from incorporating dietary effects in their models and paradoxically, most genetic studies analyzing diet-associated phenotypes and diseases simply ignore diet. Yet, a modest but increasing number of studies are accounting for diet as a modulator of genetic associations. These range from observational cohorts to intervention studies with prospectively selected genotypes. New statistical and bioinformatics approaches are becoming available to aid in design and evaluation of these studies. This review discusses the various approaches used and provides concrete recommendations for future research.

Effects of apoE genotype on macrophage inflammation and heme oxygenase-1 expression

In order to gain a more comprehensive understanding of the aetiology of apolipoprotein E4 genotype-cardiovascular disease (CVD) associations, the impact of the apoE genotype on the macrophage inflammatory response was examined. The murine monocyte-macrophage cell line (RAW 264.7) stably transfected to produce equal amounts of human apoE3 or apoE4 was used. Following LPS stimulation, apoE4-macrophages showed higher and lower concentrations of tumour necrosis factor alpha (pro-inflammatory) and interleukin 10 (anti-inflammatory), respectively, both at mRNA and protein levels. In addition, increased expression of heme oxygenase-1 (a stress-induced anti-inflammatory protein) was observed in the apoE4-cells. Furthermore, in apoE4-macrophages, an enhanced transactivation of the key redox sensitive transcription factor NF-kappa B was shown. Current data indicate that apoE4 macrophages have an altered inflammatory response, which may contribute to the higher CVD risk observed in apoE4 carriers. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Evaluation of the time resolved fluorescence immunoassay (TRFIA) for the detection of varicella zoster virus (VZV) antibodies following vaccination of healthcare workers

Determination of varicella zoster virus (VZV) immunity in healthcare workers without a history of chickenpox is important for identifying those in need of vOka vaccination. Post immunisation, healthcare workers in the UK who work with high risk patients are tested for seroconversion. To assess the performance of the time-resolved fluorescence immunoassay (TRFIA) for the detection of antibody in vaccinated as well as unvaccinated individuals, a cut-off was first calculated. VZV-IgG specific avidity and titres six weeks after the first dose of vaccine were used to identify subjects with pre-existing immunity among a cohort of 110 healthcare workers. Those with high avidity (≥60%) were considered to have previous immunity to VZV and those with low or equivocal avidity (<60%) were considered naive. The former had antibody levels ≥400mIU/mL and latter had levels <400mIU/mL. Comparison of the baseline values of the naive and immune groups allowed the estimation of a TRFIA cut-off value of >130mIU/mL which best discriminated between the two groups and this was confirmed by ROC analysis. Using this value, the sensitivity and specificity of TRFIA cut-off were 90% (95% CI 79-96), and 78% (95% CI 61-90) respectively in this population. A subset of samples tested by the gold standard Fluorescence Antibody to Membrane Antigen (FAMA) test showed 84% (54/64) agreement with TRFIA.

Delivery of AAV2/9-microdystrophin genes incorporating helix 1 of the coiled-coil motif in the C-terminal domain of dystrophin improves muscle pathology and restores the level of α1-syntrophin and α-dystrobrevin in skeletal muscles of mdx mice. Level of α1-Syntrophin and α-Dystrobrevin in Skeletal Muscles of mdx Mice

Duchenne muscular dystrophy is a severe X-linked inherited muscle wasting disorder caused by mutations in the dystrophin gene. Adeno-associated virus (AAV) vectors have been extensively used to deliver genes efficiently for dystrophin expression in skeletal muscles. To overcome limited packaging capacity of AAV vectors (<5 kb), truncated recombinant microdystrophin genes with deletions of most of rod and carboxyl-terminal (CT) domains of dystrophin have been developed. We have previously shown the efficiency of mRNA sequence–optimized microdystrophin (ΔR4-23/ΔCT, called MD1) with deletion of spectrin-like repeat domain 4 to 23 and CT domain in ameliorating the pathology of dystrophic mdx mice. However, the CT domain of dystrophin is thought to recruit part of the dystrophin-associated protein complex, which acts as a mediator of signalling between extracellular matrix and cytoskeleton in muscle fibers. In this study, we extended the ΔR4-23/ΔCT microdystrophin by incorporating helix 1 of the coiled-coil motif in the CT domain of dystrophin (MD2), which contains the α1-syntrophin and α-dystrobrevin binding sites. Intramuscular injection of AAV2/9 expressing CT domain–extended microdystrophin showed efficient dystrophin expression in tibialis anterior muscles of mdx mice. The presence of the CT domain of dystrophin in MD2 increased the recruitment of α1-syntrophin and α-dystrobrevin at the sarcolemma and significantly improved the muscle resistance to lengthening contraction–induced muscle damage in the mdx mice compared with MD1. These results suggest that the incorporation of helix 1 of the coiled-coil motif in the CT domain of dystrophin to the microdystrophins will substantially improve their efficiency in restoring muscle function in patients with Duchenne muscular dystrophy.