Cloning, functional expression, and chromosomal localization of the human pancreatic islet glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor.

Glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) is a hormone secreted by the endocrine K-cells from the duodenum that stimulates glucose-induced insulin secretion. Here, we present the molecular characterization of the human pancreatic islet GIP receptor. cDNA clones for the GIP receptor were isolated from a human pancreatic islet cDNA library. They encoded two different forms of the receptor, which differed by a 27-amino acid insertion in the COOH-terminal cytoplasmic tail. The receptor protein sequence was 81% identical to that of the rat GIP receptor. When expressed in Chinese hamster lung fibroblasts, both forms of the receptor displayed high-affinity binding for GIP (180 and 600 pmol/l). GIP binding was displaced by < 20% by 1 mumol/l glucagon, glucagon-like peptide (GLP-I)(7-36) amide, vasoactive intestinal peptide, and secretin. However exendin-4 and exendin-(9-39) at 1 mumol/l displaced binding by approximately 70 and approximately 100% at 10 mumol/l. GIP binding to both forms of the receptor induced a dose-dependent increase in intracellular cAMP levels (EC50 values of 0.6-0.8 nmol/l) but no elevation of cytoplasmic calcium concentrations. Interestingly, both exendin-4 and exendin-(9-39) were antagonists of the receptor, inhibiting GIP-induced cAMP formation by up to 60% when present at a concentration of 10 mumol/l. Finally, the physical and genetic chromosomal localization of the receptor gene was determined to be on 19q13.3, close to the ApoC2 gene. These data will help study the physiology and pathophysiology of the human GIP receptor.

Interleukin-15 as a potential regulator of the innate immune response

Interleukin-15 (IL-15) is a newly-discovered cytokine that is produced by activated monocytes early in the course of the innate immune response. IL-15 is able to bind to components of the interleukin-2 receptor (IL-2R) despite the fact that it has no sequence homology with IL-2. IL-15 stimulates human natural killer cell proliferation, cytotoxicity, and cytokine production and can substitute for IL-2 under most conditions. In vitro studies indicate that monocyte-derived IL-15 may be an important determinant of IFN-gamma production by NK cells. In addition, IL-15 is able to promote the survival of natural killer cells under serum-free conditions. The IL-15 receptor is a heterotrimeric complex which is composed of the IL-2Rß and g chains in combination with a unique alpha chain (IL-15a). The IL-15Ra chain has strong sequence homology to the IL-2Ra chain and confers high affinity binding to the IL-15R. In contrast to IL-2, transcript for IL-15 and IL-15a is expressed in a number of tissues and indicates that IL-15 may be an important ligand for cells that express components of the IL-2R

Melatonin modulation of presynaptic nicotinic acetylcholine receptors located on short noradrenergic neurons of the rat vas deferens: a pharmacological characterization

Melatonin, the pineal hormone produced during the dark phase of the light-dark cycle, modulates neuronal acetylcholine receptors located presynaptically on nerve terminals of the rat vas deferens. Recently we showed the presence of high affinity nicotine-binding sites during the light phase, and low and high affinity binding sites during the dark phase. The appearance of the low affinity binding sites was due to the nocturnal melatonin surge and could be mimicked by exposure to melatonin in vitro. The aim of the present research was to identify the receptor subtypes responsible for the functional response during the light and the dark phase. The rank order of potency of agonists was dimethylphenylpiperazinium (DMPP) = cytisine > nicotine > carbachol and DMPP = nicotine = cytisine > carbachol, during the light and dark phase, respectively, due to an increase in apparent affinity for nicotine. Mecamylamine similarly blocked the DMPP response during the light and the dark phase, while the response to nicotine was more efficiently blocked during the light phase. In contrast, methyllycaconitine inhibited the nicotine-induced response only at 21:00 h. Since a7 nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) have low affinity for nicotine in binding assays, we suggest that a mixed population composed of a3ß4 - plus a7-bearing nAChR subtypes is present at night. This plasticity in receptor subtypes is probably driven by melatonin since nicotine-induced contraction in organs from animals sacrificed at 15:00 h and incubated with melatonin (100 pg/ml, 4 h) is not totally blocked by mecamylamine. Thus melatonin, by acting directly on the short adrenergic neurons that innervate the rat vas deferens, induces the appearance of the low affinity binding site, probably an a7 nAChR subtype.

Participation of the GABAergic system in the anesthetic effect of Lippia alba (Mill.) N.E. Brown essential oil

The objective of this study was to identify the possible involvement of the GABAergic system in the anesthetic effect of Lippia alba essential oil (EO). We propose a new animal model using silver catfish (Rhamdia quelen) exposed to an anesthetic bath to study the mechanism of action of EO. To observe the induction and potentiation of the anesthetic effect of EO, juvenile silver catfish (9.30 ± 1.85 g; 10.15 ± 0.95 cm; N = 6) were exposed to various concentrations of L. alba EO in the presence or absence of diazepam [an agonist of high-affinity binding sites for benzodiazepinic (BDZ) sites coupled to the GABA A receptor complex]. In another experiment, fish (N = 6) were initially anesthetized with the EO and then transferred to an anesthetic-free aquarium containing flumazenil (a selective antagonist of binding sites for BDZ coupled to the GABA A receptor complex) or water to assess recovery time from the anesthesia. In this case, flumazenil was used to observe the involvement of the GABA-BDZ receptor in the EO mechanism of action. The results showed that diazepam potentiates the anesthetic effect of EO at all concentrations tested. Fish exposed to diazepam and EO showed faster recovery from anesthesia when flumazenil was added to the recovery bath (12.0 ± 0.3 and 7.2 ± 0.7, respectively) than those exposed to water (9.2 ± 0.2 and 3.5 ± 0.3, respectively). In conclusion, the results demonstrated the involvement of the GABAergic system in the anesthetic effect of L. alba EO on silver catfish.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Caractérisation de l’interaction entre la protéine Lin28 et le précurseur du microARN let-7g

La régulation de l’expression des gènes est ce qui permet à nos cellules de s’adapter à leur environnement, de combattre les infections ou, plus généralement, de produire la quantité exacte de protéine nécessaire pour répondre à un besoin spécifique. Parmi les joueurs les plus importants dans cette régulation de l’expression des gènes on retrouve les microARN (miARN). Ces petits ARN de 22 nucléotides sont présents chez la majorité des espèces multicellulaires et sont responsables du contrôle direct de plus de 30% des gènes exprimant des protéines chez les vertébrés. La famille de miARN lethal-7 (let-7) est composée de miARN parmi les plus connus et ayant des fonctions cruciales pour la cellule. La régulation du niveau des miARN let-7 est essentielle au bon développement cellulaire. La biogenèse de ces miARN, du transcrit primaire jusqu’à leur forme mature, est régulée principalement par Lin28, une protéine pluripotente très conservée. Cette protéine est composée d’un domaine cold shock (CSD) et de deux domaines de liaison au zinc. C’est grâce à ces domaines de liaison à l’ARN que Lin28 peut lier et inhiber la maturation des miARN let-7. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction entre Lin28 et le microARN précurseur let-7g afin de mieux comprendre le rôle de cette protéine dans l’inhibition de la biogenèse du miARN. À l’aide de techniques biochimiques et biophysiques, nous avons d’abord défini les principaux déterminants de l’interaction entre Lin28 et la boucle terminale du miARN précurseur let-7g (TL-let-7g). Nous avons conclu que le domaine C-terminal de Lin28, composé d’un motif riche en lysines et arginines ainsi que de deux motifs de liaison au zinc, permet à la protéine de lier spécifiquement et avec haute affinité un renflement riche en guanine conservé chez les précurseurs de la famille let-7. Aussi, parce que la séquence et la spécificité de liaison à l’ARN de ce domaine C-terminal sont semblables à celles de la protéine NCp7 du VIH, nous avons défini ce dernier comme le domaine NCp7-like de Lin28. Par la suite, nous avons caractérisé la multimérisation de trois protéines Lin28 sur la boucle terminale de pre-let-7g. Ceci a permis de réconcilier d’apparentes contradictions retrouvées dans la littérature actuelle concernant les sites de liaison de Lin28 lors de sa liaison aux miARN précurseurs. Nous avons identifié trois sites de liaison à haute affinité sur TL-let-7g qui sont liés dans un ordre précis par trois protéines Lin28. Lors de la formation du complexe multimérique, le CSD permet une déstabilisation de l’ARN, ce qui rend accessible plusieurs sites de liaison. Le domaine NCp7-like permet plutôt un assemblage ordonné de la protéine et facilite la liaison initiale de cette dernière. Ces nouveaux résultats rendent possible la mise au point d’un nouveau modèle de l’interaction entre Lin28 et le miARN précurseur let-7g. En conclusion, les études réalisées dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle d’une importante famille de miARN et permettront de guider les futures études dans le domaine de recherche en pleine effervescence qu’est celui de la biogenèse des miARN.

Neurochondrin und Rack1 vermitteln die Signalintegration der Proteinkinase A

Die Spezifität und Effizienz zellulärer Signalprozesse wird durch die intrazelluläre Kompartimentierung von Signalmolekülen erreicht. A-Kinase-Ankerproteine (AKAPs) bilden eine Familie aus Gerüstproteinen, die zeitliche und räumliche Lokalisation der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) übernehmen. Die direkte Interaktion wird dabei über die Dimerisierungs- und Dockingdomäne (DD-Domäne) der regulatorischen Untereinheiten von PKA vermittelt. Das charakteristische strukturelle Merkmal bei kanonischen AKAPs ist eine amphipathische Helix. Es existiert allerdings auch eine kleine Gruppe von nicht-kanonischen AKAPs, deren Bindung an die DD-Domäne nicht über eine amphipathische Helix vermittelt wird. In dieser Arbeit wurden die zwei potentiellen nicht-kanonischen AKAPs Neurochondrin (neurite-outgrowth promoting protein) und Rack1 (receptor of activated C-kinase 1) charakterisiert. Neurochondrin, dessen Expression mit dem Neuriten-Wachstum in jungen Neuronen korreliert ist und das vermutlich eine entscheidende Funktion bei der Langzeitpotenzierung im Hippocampus übernimmt, zeigt in SPR-Bindungsstudien eine hochaffine, nanomolare Interaktion mit der R-Untereinheit Typ IIalpha von PKA. Kompetitionsanalysen mit dem AKAP-Disruptor-Peptid Ht 31 und Untersuchungen mit der isolierten DD-Domäne von RIIalpha bestätigen eine spezifische Interaktion. Das nicht-kanonische RII-Bindemotiv von Neurochondrin ist aus zwei Domänen aufgebaut, die einen hohen alpha-helikalen Anteil besitzen, aber keine amphipathische Helix bilden. Peptidbasierte Interaktionsstudien der einzelnen Domänen zeigen dennoch ebenfalls nanomolare Affinitäten zu RIIalpha. Rack1 ist ein etabliertes Gerüstprotein mit einer propellerartigen beta-Faltblattstruktur, für das bereits über 100 verschiedene Interaktionspartner beschrieben werden konnten. Die Integration von Rack1 in unterschiedliche Signalprozesse ist äußerst vielfältig. Um dabei die Spezifität jeder einzelnen Interaktion zu gewährleisten, sind individuelle Bindungsstrategien nötig. Die niedrigaffine Interaktion zur RIbeta-Untereinheit von PKA wird daher über multiple Bindestellen vermittelt. Die DD-Domäne von RIbeta übernimmt dabei eine spezifische Funktion, wie unter anderem durch Kompetitionsanalysen mit dem RI-spezifischen AKAP-Disruptor-Peptid RIAD gezeigt werden konnte. Die einzigartige Struktur der DD-Domäne generiert zudem ein Bindemotiv für Rack1, das Ähnlichkeiten mit der „Rack1 interacting-Domäne“ (RAID) von PDE4D5 aufweist. Sowohl Neurochondrin als auch Rack1 besitzen essenzielle neuronale Funktionen. Daher erweitert die Identifizierung der beiden neuen nicht-kanonischen AKAPs nicht nur die strukturelle Diversität der AKAP-Familie, sondern trägt zudem zum Verständnis der neuronalen Signalintegration von PKA bei.

Evidence of a possible role for Lys-gamma 3-MSH in the regulation of adipocyte function

Lys-gamma 3-MSH is a melanocortin peptide derived from the C-terminal of the 16 kDa fragment of POMC. The physiological role of Lys-gamma 3-MSH is unclear, although it has previously been shown that, although not directly steroidogenic, it can act to potentiate the steroidogenic response of adrenal cortical cells to ACTH. This synergistic effect appears to be correlated with an ability to increase the activity of hormone sensitive lipase (HSL) and therefore the rate of cholesterol ester hydrolysis. Ligand binding studies have suggested that high-affinity binding sites for Lys-gamma 3-MSH exist in the adrenal gland and a number of other rat tissues that express HSL, including adipose, skeletal muscle and testes. To investigate the hypothesis that Lys-gamma 3-MSH may play a wider role in cholesterol and lipid metabolism, we tested the effect of Lys-gamma 3-MSH on lipolysis, an HSL-mediated process, in 3T3-L1 adipocytes. In comparison with other melanocortin peptides, Lys-gamma 3-MSH was found to be a potent stimulator of lipolysis. It was also able to phosphorylate HSL at key serine residues and stimulate the hyper-phosphorylation of perilipin A. The receptor through which the lipolytic actions of Lys-gamma 3-MSH are being mediated is not clear. Attempts to characterise this receptor suggest that either the pharmacology of the melanocortin receptor 5 in 3T3-L1 adipocytes is different from that described when expressed in heterologous systems or the possibility that a further, as yet uncharacterised, receptor exists.

Functional coupling of the human dopamine D-2 receptor with G alpha(i1), G alpha(i2), G alpha(i3) and G alpha(o) G proteins: evidence for agonist regulation of G protein selectivity

1 The human dopamine D-2long (D-2L) receptor was expressed with four different G proteins in Sf9 cells using the baculovirus expression system. When co-expressed with G(i)/G(o) G proteins (G(i1)alpha, G(i2)alpha, G(i3)alpha, or G(o)alpha, plus Gbeta(1) and Ggamma(2)) the receptor displayed a high-affinity binding site for the agonists (dopamine and NPA), which was sensitive to GTP (100 mum), demonstrating interaction between the receptor and the different G proteins. 2 The receptor to G protein ratio (R: G ratio) was evaluated using [H-3]-spiperone saturation binding (R) and [S-35]-GTPgammaS saturation binding (G). R: G ratios of 1: 12, 1: 3, 1: 14 and 1: 5 were found for G(i1), G(i2), G(i3), and Go preparations, respectively. However, when R:G ratios of 1:2 and 1: 12 were compared for G(i2) and G(o), no difference was found for the stimulation of [S-35]-GTPgammaS binding. 3 Several agonists were tested for their ability to stimulate [S-35]-GTPgammaS binding to membranes co-expressing the receptor and various G proteins. All the compounds tested showed agonist activity in preparations expressing G(i3) and G(o). However, for G(i2) and G(i1) preparations, compounds such as S-(-)-3-PPP and p-tyramine were unable to stimulate [S-35]-GTPyS binding. 4 Most of the compounds showed higher relative efficacies (compared to dopamine) and higher potencies in the preparation expressing G(o). Comparison of the effects of different agonists in the different preparations showed that each agonist differentially activates the four G proteins. 5 We conclude that the degree of selectivity of G protein activation by the D-2L receptor can depend on the conformation of the receptor stabilised by an agonist.

Alboserpin, a Factor Xa Inhibitor from the Mosquito Vector of Yellow Fever, Binds Heparin and Membrane Phospholipids and Exhibits Antithrombotic Activity

The molecular mechanism of factor Xa (FXa) inhibition by Alboserpin, the major salivary gland anticoagulant from the mosquito and yellow fever vector Aedes albopictus, has been characterized. cDNA of Alboserpin predicts a 45-kDa protein that belongs to the serpin family of protease inhibitors. Recombinant Alboserpin displays stoichiometric, competitive, reversible and tight binding to FXa (picomolar range). Binding is highly specific and is not detectable for FX, catalytic site-blocked FXa, thrombin, and 12 other enzymes. Alboserpin displays high affinity binding to heparin (K(D) similar to 20 nM), but no change in FXa inhibition was observed in the presence of the cofactor, implying that bridging mechanisms did not take place. Notably, Alboserpin was also found to interact with phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine but not with phosphatidylserine. Further, annexin V (in the absence of Ca(2+)) or heparin outcompetes Alboserpin for binding to phospholipid vesicles, suggesting a common binding site. Consistent with its activity, Alboserpin blocks prothrombinase activity and increases both prothrombin time and activated partial thromboplastin time in vitro or ex vivo. Furthermore, Alboserpin prevents thrombus formation provoked by ferric chloride injury of the carotid artery and increases bleeding in a dose-dependent manner. Alboserpin emerges as an atypical serpin that targets FXa and displays unique phospholipid specificity. It conceivably uses heparin and phosphatidylcholine/phosphatidylethanolamine as anchors to increase protein localization and effective concentration at sites of injury, cell activation, or inflammation.

Nickel chloride: potential accumulation from the airway. Toxicokinetics in rats.

The rate removal of nickel from the airway was measured in vivo. Removal in vivo was studied by intratracheal injection of nickel chloride solutions. Regardless of time after injection, the lungs and heart retained the greatest concentration of nickel and 40 days after 1.68 mumol administration they were the organs where nickel was still significantly measurable. The slow removal of nickel may indicate the presence of high affinity binding sites in the lung. Nickel can interact with others metals, such as copper and zinc, so that nickel exposure may have public health implications.

Characterization of selectivity and pharmacophores of type 1 sea anemone toxins by screening seven Na-v sodium channel isoforms

During their evolution, animals have developed a set of cysteine-rich peptides capable of binding various extracellular sites of voltage-gated sodium channels (VGSC). Sea anemone toxins that target VGSCs delay their inactivation process, but little is known about their selectivities. Here we report the investigation of three native type 1 toxins (CGTX-II, delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b) purified from the venom of Bunodosoma cangicum. Both delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b toxins were fully sequenced. The three peptides were evaluated by patch-clamp technique among Nav1.1-1.7 isoforms expressed in mammalian cell lines, and their preferential targets are Na(v)1.5 > 1.6 > 1.1. We also evaluated the role of some supposedly critical residues in the toxins which would interact with the channels, and observed that some substitutions are not critical as expected. In addition, CGTX-II and delta-AITX-Bcg1a evoke different shifts in activation/inactivation Boltzmann curves in Nav1.1 and 1.6. Moreover, our results suggest that the interaction region between toxins and VGSCs is not restricted to the supposed site 3 (S3-54 linker of domain IV), and this may be a consequence of distinct surface of contact of each peptide vs. targeted channel. Our data suggest that the contact surfaces of each peptide may be related to their surface charges, as CGTX-II is more positive than delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Caratterizzazione del legame di molecole di interesse farmaceutico alla sieroalbumina umana mediante biocromatografia e dicroismo circolare

Negli ultimi anni, un crescente numero di studiosi ha focalizzato la propria attenzione sullo sviluppo di strategie che permettessero di caratterizzare le proprietà ADMET dei farmaci in via di sviluppo, il più rapidamente possibile. Questa tendenza origina dalla consapevolezza che circa la metà dei farmaci in via di sviluppo non viene commercializzato perché ha carenze nelle caratteristiche ADME, e che almeno la metà delle molecole che riescono ad essere commercializzate, hanno comunque qualche problema tossicologico o ADME [1]. Infatti, poco importa quanto una molecola possa essere attiva o specifica: perché possa diventare farmaco è necessario che venga ben assorbita, distribuita nell’organismo, metabolizzata non troppo rapidamente, ne troppo lentamente e completamente eliminata. Inoltre la molecola e i suoi metaboliti non dovrebbero essere tossici per l’organismo. Quindi è chiaro come una rapida determinazione dei parametri ADMET in fasi precoci dello sviluppo del farmaco, consenta di risparmiare tempo e denaro, permettendo di selezionare da subito i composti più promettenti e di lasciar perdere quelli con caratteristiche negative. Questa tesi si colloca in questo contesto, e mostra l’applicazione di una tecnica semplice, la biocromatografia, per caratterizzare rapidamente il legame di librerie di composti alla sieroalbumina umana (HSA). Inoltre mostra l’utilizzo di un’altra tecnica indipendente, il dicroismo circolare, che permette di studiare gli stessi sistemi farmaco-proteina, in soluzione, dando informazioni supplementari riguardo alla stereochimica del processo di legame. La HSA è la proteina più abbondante presente nel sangue. Questa proteina funziona da carrier per un gran numero di molecole, sia endogene, come ad esempio bilirubina, tiroxina, ormoni steroidei, acidi grassi, che xenobiotici. Inoltre aumenta la solubilità di molecole lipofile poco solubili in ambiente acquoso, come ad esempio i tassani. Il legame alla HSA è generalmente stereoselettivo e ad avviene a livello di siti di legame ad alta affinità. Inoltre è ben noto che la competizione tra farmaci o tra un farmaco e metaboliti endogeni, possa variare in maniera significativa la loro frazione libera, modificandone l’attività e la tossicità. Per queste sue proprietà la HSA può influenzare sia le proprietà farmacocinetiche che farmacodinamiche dei farmaci. Non è inusuale che un intero progetto di sviluppo di un farmaco possa venire abbandonato a causa di un’affinità troppo elevata alla HSA, o a un tempo di emivita troppo corto, o a una scarsa distribuzione dovuta ad un debole legame alla HSA. Dal punto di vista farmacocinetico, quindi, la HSA è la proteina di trasporto del plasma più importante. Un gran numero di pubblicazioni dimostra l’affidabilità della tecnica biocromatografica nello studio dei fenomeni di bioriconoscimento tra proteine e piccole molecole [2-6]. Il mio lavoro si è focalizzato principalmente sull’uso della biocromatografia come metodo per valutare le caratteristiche di legame di alcune serie di composti di interesse farmaceutico alla HSA, e sul miglioramento di tale tecnica. Per ottenere una miglior comprensione dei meccanismi di legame delle molecole studiate, gli stessi sistemi farmaco-HSA sono stati studiati anche con il dicroismo circolare (CD). Inizialmente, la HSA è stata immobilizzata su una colonna di silice epossidica impaccata 50 x 4.6 mm di diametro interno, utilizzando una procedura precedentemente riportata in letteratura [7], con alcune piccole modifiche. In breve, l’immobilizzazione è stata effettuata ponendo a ricircolo, attraverso una colonna precedentemente impaccata, una soluzione di HSA in determinate condizioni di pH e forza ionica. La colonna è stata quindi caratterizzata per quanto riguarda la quantità di proteina correttamente immobilizzata, attraverso l’analisi frontale di L-triptofano [8]. Di seguito, sono stati iniettati in colonna alcune soluzioni raceme di molecole note legare la HSA in maniera enantioselettiva, per controllare che la procedura di immobilizzazione non avesse modificato le proprietà di legame della proteina. Dopo essere stata caratterizzata, la colonna è stata utilizzata per determinare la percentuale di legame di una piccola serie di inibitori della proteasi HIV (IPs), e per individuarne il sito(i) di legame. La percentuale di legame è stata calcolata attraverso il fattore di capacità (k) dei campioni. Questo parametro in fase acquosa è stato estrapolato linearmente dal grafico log k contro la percentuale (v/v) di 1-propanolo presente nella fase mobile. Solamente per due dei cinque composti analizzati è stato possibile misurare direttamente il valore di k in assenza di solvente organico. Tutti gli IPs analizzati hanno mostrato un’elevata percentuale di legame alla HSA: in particolare, il valore per ritonavir, lopinavir e saquinavir è risultato maggiore del 95%. Questi risultati sono in accordo con dati presenti in letteratura, ottenuti attraverso il biosensore ottico [9]. Inoltre, questi risultati sono coerenti con la significativa riduzione di attività inibitoria di questi composti osservata in presenza di HSA. Questa riduzione sembra essere maggiore per i composti che legano maggiormente la proteina [10]. Successivamente sono stati eseguiti degli studi di competizione tramite cromatografia zonale. Questo metodo prevede di utilizzare una soluzione a concentrazione nota di un competitore come fase mobile, mentre piccole quantità di analita vengono iniettate nella colonna funzionalizzata con HSA. I competitori sono stati selezionati in base al loro legame selettivo ad uno dei principali siti di legame sulla proteina. In particolare, sono stati utilizzati salicilato di sodio, ibuprofene e valproato di sodio come marker dei siti I, II e sito della bilirubina, rispettivamente. Questi studi hanno mostrato un legame indipendente dei PIs ai siti I e II, mentre è stata osservata una debole anticooperatività per il sito della bilirubina. Lo stesso sistema farmaco-proteina è stato infine investigato in soluzione attraverso l’uso del dicroismo circolare. In particolare, è stato monitorata la variazione del segnale CD indotto di un complesso equimolare [HSA]/[bilirubina], a seguito dell’aggiunta di aliquote di ritonavir, scelto come rappresentante della serie. I risultati confermano la lieve anticooperatività per il sito della bilirubina osservato precedentemente negli studi biocromatografici. Successivamente, lo stesso protocollo descritto precedentemente è stato applicato a una colonna di silice epossidica monolitica 50 x 4.6 mm, per valutare l’affidabilità del supporto monolitico per applicazioni biocromatografiche. Il supporto monolitico monolitico ha mostrato buone caratteristiche cromatografiche in termini di contropressione, efficienza e stabilità, oltre che affidabilità nella determinazione dei parametri di legame alla HSA. Questa colonna è stata utilizzata per la determinazione della percentuale di legame alla HSA di una serie di poliamminochinoni sviluppati nell’ambito di una ricerca sulla malattia di Alzheimer. Tutti i composti hanno mostrato una percentuale di legame superiore al 95%. Inoltre, è stata osservata una correlazione tra percentuale di legame è caratteristiche della catena laterale (lunghezza e numero di gruppi amminici). Successivamente sono stati effettuati studi di competizione dei composti in esame tramite il dicroismo circolare in cui è stato evidenziato un effetto anticooperativo dei poliamminochinoni ai siti I e II, mentre rispetto al sito della bilirubina il legame si è dimostrato indipendente. Le conoscenze acquisite con il supporto monolitico precedentemente descritto, sono state applicate a una colonna di silice epossidica più corta (10 x 4.6 mm). Il metodo di determinazione della percentuale di legame utilizzato negli studi precedenti si basa su dati ottenuti con più esperimenti, quindi è necessario molto tempo prima di ottenere il dato finale. L’uso di una colonna più corta permette di ridurre i tempi di ritenzione degli analiti, per cui la determinazione della percentuale di legame alla HSA diventa molto più rapida. Si passa quindi da una analisi a medio rendimento a una analisi di screening ad alto rendimento (highthroughput- screening, HTS). Inoltre, la riduzione dei tempi di analisi, permette di evitare l’uso di soventi organici nella fase mobile. Dopo aver caratterizzato la colonna da 10 mm con lo stesso metodo precedentemente descritto per le altre colonne, sono stati iniettati una serie di standard variando il flusso della fase mobile, per valutare la possibilità di utilizzare flussi elevati. La colonna è stata quindi impiegata per stimare la percentuale di legame di una serie di molecole con differenti caratteristiche chimiche. Successivamente è stata valutata la possibilità di utilizzare una colonna così corta, anche per studi di competizione, ed è stata indagato il legame di una serie di composti al sito I. Infine è stata effettuata una valutazione della stabilità della colonna in seguito ad un uso estensivo. L’uso di supporti cromatografici funzionalizzati con albumine di diversa origine (ratto, cane, guinea pig, hamster, topo, coniglio), può essere proposto come applicazione futura di queste colonne HTS. Infatti, la possibilità di ottenere informazioni del legame dei farmaci in via di sviluppo alle diverse albumine, permetterebbe un migliore paragone tra i dati ottenuti tramite esperimenti in vitro e i dati ottenuti con esperimenti sull’animale, facilitando la successiva estrapolazione all’uomo, con la velocità di un metodo HTS. Inoltre, verrebbe ridotto anche il numero di animali utilizzati nelle sperimentazioni. Alcuni lavori presenti in letteratura dimostrano l’affidabilita di colonne funzionalizzate con albumine di diversa origine [11-13]: l’utilizzo di colonne più corte potrebbe aumentarne le applicazioni.

Mucinartige Glycopeptide als Inhibitoren selektinvermittelter Zelladhäsionsprozesse

Es wurden Glycopeptide mit einer Partialsequenz aus der N-terminalen Domäne des natürlichen Selektinliganden PSGL-1 synthetisiert, welche prinzipiell als kompetitive Inhibitoren unerwünschter selektinvermittelter Zelladhäsionsphänomene fungieren könnten. Grundsätzlich könnte es möglich sein, auf diesem Wege entsprechende chronisch entzündliche Krankheiten wie rheumatoide Arthritis zu behandeln und bestimmte akut eintretende schwere Schädigungen von gesundem Gewebe sowie die Metastasenbildung maligner Tumore zu unterdrücken. Das tatsächliche Potential der hergestellten Glycopeptide als Liganden der Selektine kann nun in biologischen Tests geprüft werden. Der gewählte Ausschnitt aus dem P-Selektin-Glycoprotein-Liganden-1 (PSGL-1) reicht von Tyr48 bis Pro59 und umfasst so sämtliche Aminosäurereste der Sequenz, die für das Auftreten einer hochaffinen Rezeptorbindung erforderlich sind. Dabei ist die Seitenkette von Thr57 mit einem O-Glycan modifiziert, welches das in natürlichen Selektinliganden häufig vorkommende Tetrasaccharid Sialyl-Lewisx bzw. ein Mimetikum desselben enthält und die für Mucine typische Form der Anbindung an das peptidische Rückgrat über eine N-Acetyl-α-D-galactosamineinheit aufweist. Zum Aufbau der komplexen Glycopeptidstrukturen wurde zunächst eine Strategie für die Synthese des an die Hydroxylaminosäure gebundenen Oligosaccharids im Gramm-Maßstab ausgearbeitet. Dabei kam der Wahl eines geeigneten Schutzgruppenmusters besondere Bedeutung zu. Das entwickelte Konzept basiert allein auf chemischen Methoden und ermöglicht die parallele Herstellung potentieller Mimetika. So wurde in dieser Arbeit L-Fucose durch D-Arabinose und N-Acetyl-D-neuraminsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die erhaltenen Glycosylaminosäure-Bausteine wurden schließlich in die Glycopeptid-synthesen an der festen Phase eingebracht, welche nach vollständiger Deblockierung die gewünschten Zielverbindungen lieferten.rn