Development of a coculture model of encapsulated cells.

In the whole animal, metabolic regulations are set by reciprocal interactions between various organs, via the blood circulation. At present, analyses of such interactions require numerous and uneasily controlled in vivo experiments. In a search for an alternative to in vivo experiments, our work aims at developing a coculture system in which different cell types are isolated in polymer capsules and grown in a common environment. The signals exchanged between cells from various origins are, thus, reproducing the in vivo intertissular communications. With this perspective, we evaluated a new encapsulation system as an artificial housing for liver cells on the one hand and adipocytes on the other hand. Murine hepatocytes were encapsulated with specially designed multicomponent capsules formed by polyelectrolyte complexation between sodium alginate, cellulose sulphate and poly(methylene-coguanidine) hydrochloride, of which the permeability has been characterized. We demonstrated the absence of cytotoxicity and the excellent biocompatibility of these capsules towards primary culture of murine hepatocytes. Encapsulated hepatocytes retain their specific functions--transaminase activity, urea synthesis, and protein secretion--during the first four days of culture in minimum medium. Mature adipocytes, isolated from mouse epidydimal fat, were embedded in alginate beads. Measurement of protein secretion shows an identical profile between free and embedded adipocytes. We finally assessed the properties of encapsulated hepatocytes, cryopreserved over a periods of up to four months. The perspective of using encapsulated cells in coculture are discussed, since this system may represent a promising tool for fundamental research, such as analyses of drug metabolism, intercellular regulations, and metabolic pathways, as well as for the establishment of a tissue bank for storage and supply of murine hepatocytes.

Abundància i persistència de Faecalibacteriun prausnitzii en la Malaltia de Crohn

Faecalibacterium prausnitzii és un del bacteris anaeròbis més abundants entre les espècies comensals del tracte intestinal humà sa. Aquesta espècie és una de les principals productores de butirat a l'intestí (que és la principal font d’energia per als colonòcits), però també s'ha suggerit que pot produir compostos antiinflamatoris i intervenir en la regulació de vàries rutes metabòliques de l’hoste. F. prausnitzii és un bacteri difícil de cultivar, ja que presenta una elevada sensibilitat a l'oxigen i presenta uns requeriments nutricionals molt exigents, el que ha compromès considerablement el nombre d’estudis basats en aïllats d’aquesta espècie. No obstant això, en els darrers anys l’interès en aquest bacteri està creixent ja que s’ha evidenciat que les poblacions de F. prausnitzii són variables en diferents grups d'edat i que es veuen reduïdes en certs trastorns intestinals com ara la malaltia inflamatòria intestinal i el càncer colorectal. L’objectiu d'aquest treball ha estat aprofundir en el rol que desenvolupa F. prausnitzii com un dels principals bacteris comensals del tracte intestinal humà. En primer lloc, s’ha dissenyat, optimitzat i validat un nou mètode molecular per determinar l’abundància d’aquesta espècie en mostres del tracte gastrointesinal, i s’ha demostrat la seva possible aplicació per ajudar al diagnòstic de la malaltia de Crohn. En segon lloc, s’ha dut a terme un estudi de les característiques filogenètiques i fenotípiques dels aïllats de F. Prausnitzii disponibles en l'actualitat a fi de coneixre’n millor la diversitat genètica i fenotípica i dilucidar quins factors són crucials en comprometre la població d’aquest bacteri en un intestí malalt. L’anàlisi de les soques ha revelat que F. prausnitzii inclou Principalment dos filogrups, nutricionalment versàtils i molt sensibles a canvis en les condicions ecològiques que pot patir l’intestí de l’hoste sota certes malalties intestinals. En conclusió, els resultat obtinguts en aquest estudi mostren que F. prausnitzii és una espècie ben establerta al còlon sa, amb una elvada versatilitat metabòlica ja que és capaç d’ interactuar amb carbohidrats de diferent estructura i complexitat. S’ha corroborat que aquest microorganisme seria un bon indicador de salut intestinal ja que la seva abundància es veu significativament reduida en pacients amb malaltia de Crohn. Aquests resultats concorden amb els obtinguts per proves fisiològiques que mostren una elevada sensibilitat de l’espècie a determinades condicions relacionades amb malalties intestinals. Estudis futurs s’orientaran a comprendre millor quins factros derrivats de la interacció amb l’hoste també determinen la persistència d’aquesta espècie en un intestí sa o malalt.

Modulation of fructose metabolism by dietary factors

High fructose consumption is associated with obesity and characteristics of metabolic syndrome. This includes insulin resistance, dyslipidemia, type II diabetes and hepatic steatosis, the hepatic component of metabolic syndrome. Short term high fructose consumption in healthy humans is considered as a study model to increase intrahepatocellular lipids (IHCL). Protein supplementation added to a short term high fructose diet exerts a protective role on hepatic fat accumulation. Fructose disposal after an acute fructose load is well established. However, fructose disposal is usually studied when a high intake of fructose is ingested. Interaction of fructose with other macronutrients on fructose disposal is not clearly established. We wanted to assess how fructose disposal is modulated with nutritional factors. For the first study, we addressed the question of how would essential amino acid (EAA) supplemented to a high fructose diet have an impact on hepatic fat accumulation? We tried to distinguish which metabolic pathways were responsible for the increase in IHCL induced by high fructose intake and how those pathways would be modulated by EAA. After 6 days of hypercaloric high fructose diet, we observed, as expected an increase in IHCL modulated by an increase in VLDL-triglycerides and an increase in VLDL-13C-palmitate production. When adding a supplementation in EAA, we observed a decrease in IHCL but we could not define which mechanism was responsible for this process. With the second study, we were interested to observe fructose disposal after a test meal that contained lipid, protein and a physiologic dose of fructose co-ingested or not with glucose. When ingested with other macronutrients, hepatic fructose disposal is similar as when ingested as pure fructose. It induced oxidation, gluconeogenesis followed by glycogen synthesis, conversion into lactate and to a minor extent by de novo lipogenesis. When co- ingested with glucose decreased fructose oxidation as well as gluconeogenesis and an increased glycogen synthesis without affecting de novo lipogenesis or lactate. We were also able to observe induction of intestinal de novo lipogenesis with both fructose and fructose co- ingested with glucose. In summary, essential amino acids supplementation blunted increase in hepatic fat content induced by a short term chronic fructose overfeeding. However, EAA failed to improve other cardiovascular risk factors. Under isocaloric condition and in the frame of an acute test meal, physiologic dose of fructose associated with other macronutrients led to the same fructose disposal as when fructose is ingested alone. When co-ingested with glucose, we observed a decrease in fructose oxidation and gluconeogenesis as well as an increased in glycogen storage without affecting other metabolic pathways. - Une consommation élevée en fructose est associée à l'obésité et aux caractéristiques du syndrome métabolique. Ces dernières incluent une résistance à l'insuline, une dyslipidémie, un diabète de type II et la stéatose hépatique, composant hépatique du syndrome métabolique. À court terme une forte consommation en fructose chez l'homme sain est considérée comme un modèle d'étude pour augmenter la teneur en graisse hépatique. Une supplémentation en protéines ajoutée à une alimentation riche en fructose de courte durée a un effet protecteur sur l'accumulation des graisses au niveau du foie. Le métabolisme du fructose après une charge de fructose aiguë est bien établi. Toutefois, ce dernier est généralement étudié quand une consommation élevée de fructose est donnée. L'interaction du fructose avec d'autres macronutriments sur le métabolisme du fructose n'est pas connue. Nous voulions évaluer la modulation du métabolisme du fructose par des facteurs nutritionnels. Pour la première étude, nous avons abordé la question de savoir quel impact aurait une supplémentation en acides aminés essentiels (AEE) associé à une alimentation riche en fructose sur l'accumulation des graisses hépatiques. Nous avons essayé de distinguer les voies métaboliques responsables de l'augmentation des graisses hépatiques induite par l'alimentation riche en fructose et comment ces voies étaient modulées par les AEE. Après 6 jours d'une alimentation hypercalorique riche en fructose, nous avons observé, comme attendu, une augmentation des graisses hépatiques modulée par une augmentation des triglycérides-VLDL et une augmentation de la production de VLDL-13C-palmitate. Lors de la supplémentation en AEE, nous avons observé une diminution des graisses hépatiques mais les mécanismes responsables de ce processus n'ont pas pu être mis en évidence. Avec la seconde étude, nous nous sommes intéressés à observer le métabolisme du fructose après un repas test contenant des lipides, des protéines et une dose physiologique de fructose co-ingéré ou non avec du glucose. Lorsque le fructose était ingéré avec les autres macronutriments, le devenir hépatique du fructose était similaire à celui induit par du fructose pur. Il a induit une oxydation, suivie d'une néoglucogenèses, une synthèse de glycogène, une conversion en lactate et dans une moindre mesure une lipogenèse de novo. Lors de la co-ngestion avec du glucose, nous avons observé une diminution de l'oxydation du fructose et de la néoglucogenèse et une augmentation de la synthèse du glycogène, sans effet sur la lipogenèse de novo ni sur le lactate. Nous avons également pu mettre en évidence que le fructose et le fructose ingéré de façon conjointe avec du glucose ont induit une lipogenèse de novo au niveau de l'intestin. En résumé, la supplémentation en acides aminés essentiels a contrecarré l'augmentation de la teneur en graisse hépatique induite par une suralimentation en fructose sur le court terme. Cependant, la supplémentation en AEE a échoué à améliorer d'autres facteurs de risque cardiovasculaires. Dans la condition isocalorique et dans le cadre d'un repas test aiguë, la dose physiologique de fructose associée à d'autres macronutriments a conduit aux mêmes aboutissants du métabolisme du fructose que lorsque le fructose est ingéré seul. Lors de la co-ngestion avec le glucose, une diminution de l'oxydation du fructose est de la néoglucogenèse est observée en parallèle à une augmentation de la synthèse de glycogène sans affecter les autres voies métaboliques.

Linking epigenetics to lipid metabolism: focus on histone deacetylases.

A number of recent studies revealed that epigenetic modifications play a central role in the regulation of lipid and of other metabolic pathways such as cholesterol homeostasis, bile acid synthesis, glucose and energy metabolism. Epigenetics refers to aspects of genome functions regulated in a DNA sequence-independent fashion. Chromatin structure is controlled by epigenetic mechanisms through DNA methylation and histone modifications. The main modifications are histone acetylation and deacetylation on specific lysine residues operated by two different classes of enzymes: Histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs), respectively. The interaction between these enzymes and histones can activate or repress gene transcription: Histone acetylation opens and activates chromatin, while deacetylation of histones and DNA methylation compact chromatin making it transcriptionally silent. The new evidences on the importance of HDACs in the regulation of lipid and other metabolic pathways will open new perspectives in the comprehension of the pathophysiology of metabolic disorders.

The Peroxisomal Enzyme L-PBE Is Required to Prevent the Dietary Toxicity of Medium-Chain Fatty Acids.

Specific metabolic pathways are activated by different nutrients to adapt the organism to available resources. Although essential, these mechanisms are incompletely defined. Here, we report that medium-chain fatty acids contained in coconut oil, a major source of dietary fat, induce the liver ω-oxidation genes Cyp4a10 and Cyp4a14 to increase the production of dicarboxylic fatty acids. Furthermore, these activate all ω- and β-oxidation pathways through peroxisome proliferator activated receptor (PPAR) α and PPARγ, an activation loop normally kept under control by dicarboxylic fatty acid degradation by the peroxisomal enzyme L-PBE. Indeed, L-pbe(-/-) mice fed coconut oil overaccumulate dicarboxylic fatty acids, which activate all fatty acid oxidation pathways and lead to liver inflammation, fibrosis, and death. Thus, the correct homeostasis of dicarboxylic fatty acids is a means to regulate the efficient utilization of ingested medium-chain fatty acids, and its deregulation exemplifies the intricate relationship between impaired metabolism and inflammation.

The additive genetic variance after bottlenecks is affected by the number of loci involved in epistatic interactions.

We investigated the role of the number of loci coding for a neutral trait on the release of additive variance for this trait after population bottlenecks. Different bottleneck sizes and durations were tested for various matrices of genotypic values, with initial conditions covering the allele frequency space. We used three different types of matrices. First, we extended Cheverud and Routman's model by defining matrices of "pure" epistasis for three and four independent loci; second, we used genotypic values drawn randomly from uniform, normal, and exponential distributions; and third we used two models of simple metabolic pathways leading to physiological epistasis. For all these matrices of genotypic values except the dominant metabolic pathway, we find that, as the number of loci increases from two to three and four, an increase in the release of additive variance is occurring. The amount of additive variance released for a given set of genotypic values is a function of the inbreeding coefficient, independently of the size and duration of the bottleneck. The level of inbreeding necessary to achieve maximum release in additive variance increases with the number of loci. We find that additive-by-additive epistasis is the type of epistasis most easily converted into additive variance. For a wide range of models, our results show that epistasis, rather than dominance, plays a significant role in the increase of additive variance following bottlenecks.

Vitaminas B y homocisteína en la insuficiencia renal crónica

Metabolic, biochemical, and hormonal changes occur in chronic renal failure usually associated with hyponutrition states. In predialysis patients, knowing the nutritional state about water-soluble vitamins such as thiamine, riboflavin, pyridoxine, cianocobalamine, and folic acid is becoming more and more important since some of the manifestations of chronic renal failure may be due to the deficiency of some of these water-soluble vitamins. The metabolic pathways in which most of these vitamins participate are interrelated and it is difficult to understand how the individual deficits of each vitamin affect renal pathology. This work aims at reviewing not only this issue but also the status of these water-soluble vitamins that different authors have found in groups of predialysis patients. On the other hand, the issue on the high prevalence of hyperhomocysteinemia in chronic renal failure as the main mortality risk factor due to cardiovascular pathologies as well as the implication of these vitamins in the metabolism of homocysteine, and consequently in plasma levels of this metabolite in predialysis patients is reviewed.

High-frequency linkage of co-expressing T-DNA in transgenic Arabidopsis thaliana transformed by vacuum-infiltration of Agrobacterium tumefaciens

The efficiency of co-expression and linkage of distinct T-DNAs present in separate Agrobacterium tumefaciens was analysed in Arabidopsis thaliana transformed by the vacuum infiltration method. Co-expression was monitored by the synthesis of three bacterial proteins involved in the production of polyhydroxybutyrate (PHB) in the plastids. Out of 80 kanamycin-resistant transgenic plants analysed, 13 plants were co-transformed with the two distinct T-DNAs and produced PHB. Of those, 7 lines had a kanamycin-resistance segregation ratio consistent with the presence of a single functional insert. Genetic linkage between the distinct T-DNAs was demonstrated for all 13 PHB-producing lines, while physical linkage between the distinct T-DNAs was shown for 12 out of 13 lines. T-DNAs were frequently linked in an inverted orientation about the left borders. Transformation of A. thaliana by the co-infiltration of two A. tumefaciens containing distinct T-DNAs is, thus, an efficient approach for the integration and expression of several transgenes at a single locus. This approach will facilitate the creation and study of novel metabolic pathways requiring the expression of numerous transgenes.

In vivo enzymatic activity of acetylCoA synthetase in skeletal muscle revealed by 13C turnover from hyperpolarized [1-13C]acetate to [1-13C]acetylcarnitine

BACKGROUND: Acetate metabolism in skeletal muscle is regulated by acetylCoA synthetase (ACS). The main function of ACS is to provide cells with acetylCoA, a key molecule for numerous metabolic pathways including fatty acid and cholesterol synthesis and the Krebs cycle. METHODS: Hyperpolarized [1-(13)C]acetate prepared via dissolution dynamic nuclear polarization was injected intravenously at different concentrations into rats. The (13)C magnetic resonance signals of [1-(13)C]acetate and [1-(13)C]acetylcarnitine were recorded in vivo for 1min. The kinetic rate constants related to the transformation of acetate into acetylcarnitine were deduced from the 3s time resolution measurements using two approaches, either mathematical modeling or relative metabolite ratios. RESULTS: Although separated by two biochemical transformations, a kinetic analysis of the (13)C label flow from [1-(13)C]acetate to [1-(13)C]acetylcarnitine led to a unique determination of the activity of ACS. The in vivo Michaelis constants for ACS were KM=0.35±0.13mM and Vmax=0.199±0.031μmol/g/min. CONCLUSIONS: The conversion rates from hyperpolarized acetate into acetylcarnitine were quantified in vivo and, although separated by two enzymatic reactions, these rates uniquely defined the activity of ACS. The conversion rates associated with ACS were obtained using two analytical approaches, both methods yielding similar results. GENERAL SIGNIFICANCE: This study demonstrates the feasibility of directly measuring ACS activity in vivo and, since the activity of ACS can be affected by various pathological states such as cancer or diabetes, the proposed method could be used to non-invasively probe metabolic signatures of ACS in diseased tissue.

Pacing redistributes glycogen within the developing myocardium.

Electrical pacing at physiological rate induces myocardial remodeling associated with regional changes in workload, blood flow and oxygen consumption. However, to what extent energy-producing pathways are also modified within the paced heart remains to be investigated. Pacing could particularly affect glycogen metabolism since hypertrophy stimulates glycolysis and increased workload favors glucose over fat oxidation. In order to test this hypothesis, we used the embryonic chick heart model in which ventricular pacing rapidly resulted in thinning of the ventricle wall and thickening of the atrial wall. Hearts of stage 22HH chick embryos were submitted in ovo to asynchronous and intermittent ventricular pacing delivered at physiological rate during 24 h. The resulting alterations of glycogen content were determined in atrium, ventricle and conotruncus of paced and sham-operated hearts. Hemodynamic parameters of the paced and spontaneously beating hearts were derived from computerized image analysis of video recordings. With respect to sham, paced hearts showed a significant decrease in glycogen content (nmoles glucose units/microg protein; mean+/-S.D.) only in atrium (1.48+/-0.40 v 0.84+/-0.34, n=8) and conotruncus (0.75+/-0.28 v 0.42+/-0.23, n=8). Pacing decreased the end diastolic and stroke volumes by 34 and 44%, respectively. Thus, the rapid glycogen depletion in regions remote from the stimulation site appears to be associated with regional changes in workload and remodeling. These findings underscore the importance of the coupling mechanisms between metabolic pathways and myocardial remodeling in the ectopically paced heart.

Tools in pharmacovigilance in psychiatry: therapeutic drug monitoring, pharmacogenetic tests and drug-drug interactions databases

SUMMARYIn order to increase drug safety we must better understand how medication interacts with the body of our patients and this knowledge should be made easily available for the clinicians prescribing the medication. This thesis contributes to how the knowledge of some drug properties can increase and how to make information readily accessible for the medical professionals. Furthermore it investigates the use of Therapeutic drug monitoring, drug interaction databases and pharmacogenetic tests in pharmacovigilance.Two pharmacogenetic studies in the naturalistic setting of psychiatric in-patients clinics have been performed; one with the antidepressant mirtazapine, the other with the antipsychotic clozapine. Forty-five depressed patients have been treated with mirtazapine and were followed for 8 weeks. The therapeutic effect was as seen in other previous studies. Enantioselective analyses could confirm an influence of age, gender and smoking in the pharmacokinetics of mirtazapine; it showed a significant influence of the CYP2D6 genotype on the antidepressant effective S-enantiomer, and for the first time an influence of the CYP2B6 genotype on the plasma concentrations of the 8-OH metabolite was found. The CYP2B6*/*6 genotype was associated to better treatment response. A detailed hypothesis of the metabolic pathways of mirtazapine is proposed. In the second pharmacogenetic study, analyses of 75 schizophrenic patients treated with clozapine showed the influence of CYP450 and ABCB1 genotypes on its pharmacokinetics. For the first time we could demonstrate an in vivo effect of the CYP2C19 genotype and an influence of P-glycoprotein on the plasma concentrations of clozapine. Further we confirmed in vivo the prominent role of CYP1A2 in the metabolism of clozapine.Identifying risk factors for the occurrence of serious adverse drug reactions (SADR) would allow a more individualized and safer drug therapy. SADR are rare events and therefore difficult to study. We tested the feasibility of a nested matched case-control study to examine the influence of high drug plasma levels and CYP2D6 genotypes on the risk to experience an SADR. In our sample we compared 62 SADR cases with 82 controls; both groups were psychiatric patients from the in-patient clinic Königsfelden. Drug plasma levels of >120% of the upper recommended references could be identified as a risk factor with a statistically significant odds ratio of 3.5, a similar trend could be seen for CYP2D6 poor metaboliser. Although a matched case-control design seems a valid method, 100% matching is not easy to perform in a relative small cohort of one in-patient clinic. However, a nested case-control study is feasible.On the base of the experience gained in the AMSP+ study and the fact that we have today only sparse data indicating that routine drug plasma concentration monitoring and/or pharmacogenetic testing in psychiatry are justified to minimize the risk for ADR, we developed a test algorithm named "TDM plus" (TDM plus interaction checks plus pharmacogenetic testing).Pharmacovigilance programs such as the AMSP project (AMSP = Arzneimittelsicherheit in der Psychiatrie) survey psychiatric in-patients in order to collect SADR and to detect new safety signals. Case reports of such SADR are, although anecdotal, valuable to illustrate rare clinical events and sometimes confirm theoretical assumptions of e.g. drug interactions. Seven pharmacovigilance case reports are summarized in this thesis.To provide clinicians with meaningful information on the risk of drug combinations, during the course of this thesis the internet based drug interaction program mediQ.ch (in German) has been developed. Risk estimation is based on published clinical and pharmacological information of single drugs and alimentary products, including adverse drug reaction profiles. Information on risk factors such as renal and hepatic insufficiency and specific genotypes are given. More than 20'000 drug pairs have been described in detail. Over 2000 substances with their metabolic and transport pathways are included and all information is referenced with links to the published scientific literature or other information sources. Medical professionals of more than 100 hospitals and 300 individual practitioners do consult mediQ.ch regularly. Validations with comparisons to other drug interaction programs show good results.Finally, therapeutic drug monitoring, drug interaction programs and pharmacogenetic tests are helpful tools in pharmacovigilance and should, in absence of sufficient routine tests supporting data, be used as proposed in our TDM plus algorithm.RESUMEPour améliorer la sécurité d'emploi des médicaments il est important de mieux comprendre leurs interactions dans le corps des patients. Ensuite le clinicien qui prescrit une pharmacothérapie doit avoir un accès simple à ces informations. Entre autres, cette thèse contribue à mieux connaître les caractéristiques pharmacocinétiques de deux médicaments. Elle examine aussi l'utilisation de trois outils en pharmacovigilance : le monitorage thérapeutique des taux plasmatiques des médicaments (« therapeutic drug monitoring »), un programme informatisé d'estimation du risque de combinaisons médicamenteuses, et enfin des tests pharmacogénétiques.Deux études cliniques pharmacogénétiques ont été conduites dans le cadre habituel de clinique psychiatrique : l'une avec la mirtazapine (antidépresseur), l'autre avec la clozapine (antipsychotique). On a traité 45 patients dépressifs avec de la mirtazapine pendant 8 semaines. L'effet thérapeutique était semblable à celui des études précédentes. Nous avons confirmé l'influence de l'âge et du sexe sur la pharmacocinétique de la mirtazapine et la différence dans les concentrations plasmatiques entre fumeurs et non-fumeurs. Au moyen d'analyses énantiomères sélectives, nous avons pu montrer une influence significative du génotype CYP2D6 sur l'énantiomère S+, principalement responsable de l'effet antidépresseur. Pour la première fois, nous avons trouvé une influence du génotype CYP2B6 sur les taux plasmatiques de la 8-OH-mirtazapine. Par ailleurs, le génotype CYP2B6*6/*6 était associé à une meilleure réponse thérapeutique. Une hypothèse sur les voies métaboliques détaillées de la mirtazapine est proposée. Dans la deuxième étude, 75 patients schizophrènes traités avec de la clozapine ont été examinés pour étudier l'influence des génotypes des iso-enzymes CYP450 et de la protéine de transport ABCB1 sur la pharmacocinétique de cet antipsychotique. Pour la première fois, on a montré in vivo un effet des génotypes CYP2C19 et ABCB1 sur les taux plasmatiques de la clozapine. L'importance du CYP1A2 dans le métabolisme de la clozapine a été confirmée.L'identification de facteurs de risques dans la survenue d'effets secondaire graves permettrait une thérapie plus individualisée et plus sûre. Les effets secondaires graves sont rares. Dans une étude de faisabilité (« nested matched case-control design » = étude avec appariement) nous avons comparé des patients avec effets secondaires graves à des patients-contrôles prenant le même type de médicaments mais sans effets secondaires graves. Des taux plasmatiques supérieurs à 120% de la valeur de référence haute sont associés à un risque avec « odds ratio » significatif de 3.5. Une tendance similaire est apparue pour le génotype du CYP2D6. Le « nested matched case-control design » semble une méthode valide qui présente cependant une difficulté : trouver des patients-contrôles dans le cadre d'une seule clinique psychiatrique. Par contre la conduite d'une « nested case-control study » sans appariement est recommandable.Sur la base de notre expérience de l'étude AMSP+ et le fait que nous disposons que de peux de données justifiant des monitorings de taux plasmatiques et/ou de tests pharmacogénétiques de routine, nous avons développé un test algorithme nommé « TDMplus » (TDM + vérification d'interactions médicamenteuses + tests pharmacogénétique).Des programmes de pharmacovigilances comme celui de l'AMSP (Arzneimittelsicherheit in der Psychiatrie = pharmacovigilance en psychiatrie) collectent les effets secondaires graves chez les patients psychiatriques hospitalisés pour identifier des signaux d'alertes. La publication de certains de ces cas même anecdotiques est précieuse. Elle décrit des événements rares et quelques fois une hypothèse sur le potentiel d'une interaction médicamenteuse peut ainsi être confirmée. Sept publications de cas sont résumées ici.Dans le cadre de cette thèse, on a développé un programme informatisé sur internet (en allemand) - mediQ.ch - pour estimer le potentiel de risques d'une interaction médicamenteuse afin d'offrir en ligne ces informations utiles aux cliniciens. Les estimations de risques sont fondées sur des informations cliniques (y compris les profils d'effets secondaires) et pharmacologiques pour chaque médicament ou substance combinés. Le programme donne aussi des informations sur les facteurs de risques comme l'insuffisance rénale et hépatique et certains génotypes. Actuellement il décrit en détail les interactions potentielles de plus de 20'000 paires de médicaments, et celles de 2000 substances actives avec leurs voies de métabolisation et de transport. Chaque information mentionne sa source d'origine; un lien hypertexte permet d'y accéder. Le programme mediQ.ch est régulièrement consulté par les cliniciens de 100 hôpitaux et par 300 praticiens indépendants. Les premières validations et comparaisons avec d'autres programmes sur les interactions médicamenteuses montrent de bons résultats.En conclusion : le monitorage thérapeutique des médicaments, les programmes informatisés contenant l'information sur le potentiel d'interaction médicamenteuse et les tests pharmacogénétiques sont de précieux outils en pharmacovigilance. Nous proposons de les utiliser en respectant l'algorithme « TDM plus » que nous avons développé.

PPAR expression and function during vertebrate development.

The peroxisome proliferator activated receptors (PPARs) are ligand activated receptors which belong to the nuclear hormone receptor family. As with other members of this superfamily, it is thought that the ability of PPAR to bind to a ligand was acquired during metazoan evolution. Three different PPAR isotypes (PPARalpha, PPARbeta, also called 6, and PPARgamma) have been identified in various species. Upon binding to an activator, these receptors stimulate the expression of target genes implicated in important metabolic pathways. The present article is a review of PPAR expression and involvement in some aspects of Xenopus laevis and rodent embryonic development. PPARalpha and beta are ubiquitously expressed in Xenopus early embryos but become more tissue restricted later in development. In rodents, PPARalpha, PPARbeta and PPARgamma show specific time- and tissue-dependent patterns of expression during fetal development and in the adult animals. PPARs are implicated in several aspects of tissue differentiation and rodent development, such as differentiation of the adipose tissue, brain, placenta and skin. Particular attention is given to studies undertaken by us and others on the implication of PPARalpha and beta in rodent epidermal differentiation.

Adipose tissue integrity as a prerequisite for systemic energy balance: a critical role for peroxisome proliferator-activated receptor gamma.

Peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) is an essential regulator of adipocyte differentiation, maintenance, and survival. Deregulations of its functions are associated with metabolic diseases. We show here that deletion of one PPARgamma allele not only affected lipid storage but, more surprisingly, also the expression of genes involved in glucose uptake and utilization, the pentose phosphate pathway, fatty acid synthesis, lipolysis, and glycerol export as well as in IR/IGF-1 signaling. These deregulations led to reduced circulating adiponectin levels and an energy crisis in the WAT, reflected in a decrease to nearly half of its intracellular ATP content. In addition, there was a decrease in the metabolic rate and physical activity of the PPARgamma(+/-) mice, which was abolished by thiazolidinedione treatment, thereby linking regulation of the metabolic rate and physical activity to PPARgamma. It is likely that the PPARgamma(+/-) phenotype was due to the observed WAT dysfunction, since the gene expression profiles associated with metabolic pathways were not affected either in the liver or the skeletal muscle. These findings highlight novel roles of PPARgamma in the adipose tissue and underscore the multifaceted action of this receptor in the functional fine tuning of a tissue that is crucial for maintaining the organism in good health.

Hypolipidemic therapeutics and muscle metabolism

Summary : Lipid metabolism disorders, leading to obesity and cardiovascular diseases, are a major public health issue worldwide. These diseases have been treated by drugs and surgery, leading to tremendous costs and secondary morbidity. The aim of this thesis work is to investigate the mechanisms of actions of a new, micronutrition-based, approach to prevent obesity and cardiovascular diseases. This specific combination of micronutrients, Lipistase, incorporated into any dietary ail can be used in the daily food. Micronutrients are substances used by the living organism in small quantities to maintain physiological homeostasis. However, the human body is not able to produce them and has to obtain them from dietary sources. The combination of micronutrients investigated here, is composed of 26 compounds including trace elements, vitamins, minerals, ails and plant extracts, known to have individually a beneficial effect on lipid metabolism regulation. These specific micronutrients are used for the first time in a combinatorial mode targeting several metabolic pathways for better homeostasis control as opposed to a single target treatment, either chemical or natural. Short and long term studies, in different mouse strains, showed a significant decrease in plasma triglycerides, body weight gain and body fat mass in animals that were fed with a standard diet containing Lipistase. Additionally, a greatly reduced fat accumulation was observed in adipose tissue and liver of Lipistase-treated animals, while lipid and glucose utilization by skeletal muscle was enhanced. Moreover, the size of atherosclerotic plaques was significantly reduced in mice whose masher was treated during pregnancy and suckling, without showing any adverse effect. Finally, Lipistase has been shown to increase longevity by 20%. The control mice that did not receive Lipistase in their diet did not show all these beneficial effects. These micronutrients are used at the lowest dosage ever reported for treating Lipid disorders, resulting in far much lower costs as well as probably a higher safety. This is the first approach being very suitable for an effective large scale prevention policy for obesity and cardiovascular diseases, like iodine in dietary salt has been for goiter. Résumé : Les dysrégulations du métabolisme des lipids, à l'origine d'obésité et de maladies cardiovasculaires, sont un problème de santé publique majeur et mondial. Ces maladies impliquent des traitements médicamenteux et chirurgicaux dont le coût la morbidité secondaire sont très important. Le but de ce travail de thèse est d'étudier les mécanismes d'action d'une nouvelle approche préventive, basée sur la micronutrition. Cette combinaison spécifique de micronutriments, Lipistase, peut être incorporée dans n'importe quelle huile alimentaire et utilisée dans l'alimentation quotidienne. Les micronutrirnents sont des substances essentielles, à très faibles doses, pour le maintien de l'homéostasie physiologique des organismes vivants. Cependant, étant incapable de les synthétiser, le corps humain est dépendant en cela de l'apport alimentaire. La combinaison de micronutriments que nous avons étudié contient 26 composants, incluant des extraits de plantes, des huiles, des vitamines, des métaux et des minéraux, tous connus pour avoir individuellement des effets bénéfiques sur la régulation du métabolisme des lipides. Ces micronutriments spécifiques sont utilisés pour la première fois en mode combinatoire, ciblant ainsi plusieurs voies métaboliques pour un meilleur control de l'homéostasie, par opposition monothérapies chimiques ou naturelles. Des expériences de court et long terme, avec divers modèles de souris, ont montré une diminution significative des taux de triglycérides plasmatiques, de la prise de poids et de la masse graisseuse corporelle chez les animaux qui ont reçu Lipistase dans la nourriture standard. Une accumulation significativement moins importante des graisses a été observée dans le tissu adipeux et hépatique des souris traitées, alors que l'utilisation des lipides et glucose a été favorisée dans le muscle. En outre, la taille des plaques d'athérosclérose aété significativement réduite chez les souris dont la mère a été traitée pendant la grossesse et l'allaitement, sans montrer aucun effet indésirable. Enfin, les souris traitées par Lipistase ont vécu 20% plus longtèmps. Les souris contrôles qui n'ont pas reçu Lipistase dans la nourriture n'ont montré aucun de ces effets bénéfiques. Ces micronutriments sont utilisés au dosage le plus faible jamais rapporté pour le traitement des maladies du métabolisme lipidique, permettant ainsi un coût plus faible et surtout une meilleure sécurité. C'est une approche adéquate pour une politique de prévention de santé publique à large échelle de l'obésité et des maladies cardiovasculaires. C'est en cela et sous bien d'autres aspects, une première dans la prise en charge des maladies du métabolisme lipidique et pourrait même être pour ces dernières ce que l'iode du sel de cuisine a été pour le goitre.

Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II

Résumé tout public : Le développement du diabète de type II et de l'obésité est causé par l'interaction entre des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux, en particulier une alimentation riche en calories et une activité physique insuffisante. Afín d'évaluer le rôle de l'alimentation en absence d'hétérogénéité génétique, nous avons nourri une lignée de souris génétiquement pure avec un régime extrêmement gras. Ce régime a conduit à l'établissement de différents phénotypes parmi ces souris, soit : un diabète et une obésité (ObD), un diabète mais pas d'obésité (LD) ou ni un diabète, ni une obésité (LnD). Nous avons fait l'hypothèse que ces adaptations différentes au stress nutritionnel induit par le régime gras étaient dues à l'établissement de programmes génétiques différents dans les principaux organes impliqués dans le maintien de l'équilibre énergétique. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons développé une puce à ADN contenant approximativement 700 gènes du métabolisme. Cette puce à ADN, en rendant possible la mesure simultanée de l'expression de nombreux gènes, nous a permis d'établir les profils d'expression des gènes caractéristiques de chaque groupe de souris nourries avec le régime gras, dans le foie et le muscle squelettique. Les données que nous avons obtenues à partir de ces profils d'expression ont montré que des changements d'expression marqués se produisaient dans le foie et le muscle entre les différents groupes de souris nourries avec le régime gras. Dans l'ensemble, ces changements suggèrent que l'établissement du diabète de type II et de l'obésité induits par un régime gras est associé à une synthèse accrue de lipides par le foie et à un flux augmenté de lipides du foie jusqu'à la périphérie (muscles squelettiques). Dans un deuxième temps, ces profils d'expression des gènes ont été utilisés pour sélectionner un sous-ensemble de gènes suffisamment discriminants pour pouvoir distinguer entre les différents phénotypes. Ce sous-ensemble de gènes nous a permis de construire un classificateur phénotypique capable de prédire avec une précision relativement élevée le phénotype des souris. Dans le futur, de tels « prédicteurs » basés sur l'expression des gènes pourraient servir d'outils pour le diagnostic de pathologies liées au métabolisme. Summary: Aetiology of obesity and type II diabetes is multifactorial, involving both genetic and environmental factors, such as calory-rich diets or lack of exercice. Genetically homogenous C57BL/6J mice fed a high fat diet (HFD) up to nine months develop differential adaptation, becoming either obese and diabetic (ObD) or remaining lean in the presence (LD) or absence (LnD) of diabetes development. Each phenotype is associated with diverse metabolic alterations, which may result from diverse molecular adaptations of key organs involved in the control of energy homeostasis. In this study, we evaluated if specific patterns of gene expression could be associated with each different phenotype of HFD mice in the liver and the skeletal muscles. To perform this, we constructed a metabolic cDNA microarray containing approximately 700 cDNA representing genes involved in the main metabolic pathways of energy homeostasis. Our data indicate that the development of diet-induced obesity and type II diabetes is linked to some defects in lipid metabolism, involving a preserved hepatic lipogenesis and increased levels of very low density lipoproteins (VLDL). In skeletal muscles, an increase in fatty acids uptake, as suggested by the increased expression of lipoprotein lipase, would contribute to the increased level of insulin resistance observed in the ObD mice. Conversely, both groups of lean mice showed a reduced expression in lipogenic genes, particularly stearoyl-CoA desaturase 1 (Scd-1), a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity. Secondly, we identified a subset of genes from expression profiles that classified with relative accuracy the different groups of mice. Such classifiers may be used in the future as diagnostic tools of each metabolic state in each tissue. Résumé Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II L'étiologie de l'obésité et du diabète de type II est multifactorielle, impliquant à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, tels que des régimes riches en calories ou un manque d'exercice physique. Des souris génétiquement homogènes C57BL/6J nourries avec un régime extrêmement gras (HFD) pendant 9 mois développent une adaptation métabolique différentielle, soit en devenant obèses et diabétiques (ObD), soit en restant minces en présence (LD) ou en absence (LnD) d'un diabète. Chaque phénotype est associé à diverses altérations métaboliques, qui pourraient résulter de diverses adaptations moléculaires des organes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons évalué si des profils d'expression des gènes dans le foie et le muscle squelettique pouvaient être associés à chacun des phénotypes de souris HFD. Dans ce but, nous avons développé une puce à ADN métabolique contenant approximativement 700 ADNc représentant des gènes impliqués dans les différentes voies métaboliques de l'homéostasie énergétique. Nos données indiquent que le développement de l'obésité et du diabète de type II induit par un régime gras est associé à certains défauts du métabolisme lipidique, impliquant une lipogenèse hépatique préservée et des niveaux de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) augmentés. Au niveau du muscle squelettique, une augmentation du captage des acides gras, suggéré par l'expression augmentée de la lipoprotéine lipase, contribuerait à expliquer la résistance à l'insuline plus marquée observée chez les souris ObD. Au contraire, les souris minces ont montré une réduction marquée de l'expression des gènes lipogéniques, en particulier de la stéaroyl-CoA désaturase 1 (scd-1), un gène associé à la sensibilité au développement de l'obésité par un régime gras. Dans un deuxième temps, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes à partir des profils d'expression, qui permettent de classifier avec une précision relativement élevée les différents groupes de souris. De tels classificateurs pourraient être utilisés dans le futur comme outils pour le diagnostic de l'état métabolique d'un tissu donné.