Zugl.: Konstanz, Univ., Diss., 2007

Diss. Univ. Konstanz, 2007.

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Metabolismus sowie der Reaktivität verschiedener Wirk- und Arzneistoffe mittels flüssigchromatographischer und massen-spektrometrischer Methoden, sie gliedert sich dabei in vier Projekte. Zur Bestimmung des Metabolitenprofils wurde ein passendes In-vitro-Inkubationssystem mit Cytochrom-P-450-Systemen entwickelt. So wurden der Metabolismus und die Pharmakokinetik der Mip-Inhibitoren SF110, SF235 und SF354 gegen Legionellen, sowie neuer antitrypanosomaler Verbindungen MB209, MB343 und MB444 und von Daptomycin bestimmt. Darüber hinaus wurde die antibakterielle Aktivität des Daptomycins gegenüber einem unbekannten Staphylokokkus-Stammes S. sciuri ermittelt. Außerdem wurden Reaktivitätsuntersuchungen neu synthetisierter Inhibitoren gegen Tuberkulose und S. aureus durchgeführt. Die untersuchten Mip-Inhibitoren lieferten ein Metabolitenprofil, welches durch Ester- und Amidhydrolysen sowie Hydroxylierungen geprägt wurde. Die Verbindung SF110 schien dabei bereits eine gewisse Instabilität der Esterbindung aufzuweisen, da auch im Blindwert entsprechende Spaltprodukte identifiziert werden konnten. Die Hauptmetabolite von SF235 und SF354 bildeten sich durch unterschiedliche Hydrolysen, da die Spaltung des Moleküls von den jeweiligen Substituenten abhängig ist. Innerhalb dieser Substanzklasse dominiert die mikrosomale Enzymkatalyse, da der größte metabolische Umsatz sowie die meisten Metabolite mittels mikrosomaler Fraktion des Menschen bzw. der Maus gefunden wurden. Die Klasse der Mip-Inhibitoren wird somit vor allem durch Cytochrom-P-450-Enzyme umgesetzt, wobei die Hydrophilie durch Einführung polarer OH-Gruppen der Moleküle erhöht wird. Die Hydroxylierung scheint dabei positionsspezifisch, bedingt durch sterische Hinderungen oder dirigierende Einflüsse, abzulaufen. Stabilitätsvergleiche zwischen SF110, SF235 und SF354 zeigten, dass die Einführung einer Amidbindung anstelle der korrespondierenden Esterbindung die Substanzklasse maßgeblich metabolisch stabilisiert. Im Rahmen des murinen In-vivo-Metabolismus wurde beobachtet, dass SF235 einem deutlich stärkeren Metabolismus unterlag als SF354 und sich der Metabolismus vor allem innerhalb der ersten 30 min vollzog. Demgegenüber zeigten die In-vitro-Ergebnisse gegenteilige Ergebnisse, bei denen SF354 die am stärksten metabolisierte Substanz war. Diese widersprüchlichen Ergebnisse deuten darauf hin, dass In-vitro-Modelle nur als Anhaltspunkt verwendet werden sollten, um mögliche Trends abzuleiten. Metabolismusstudien der Chinolonamide, die gegen die afrikanische Schlafkrankheit wirken sollen, veranschaulichten, dass die größte enzymatische Umsetzung aller drei getesteten Verbindungen mittels cytosolischer Fraktion erfolgte. Die Enzymreaktionen werden vermutlich durch ALDH bzw. MAO dominiert und nicht durch CYP bzw. FMO. Die gebildeten Metabolite in den verschiedenen Fraktionen unterlagen (ω-1)-Oxidationen, N-Desalkylierungen, Amidhydrolysen und aromatischen Hydroxylierungen. Auffallend war, dass eine Hydroxylierung am aromatischen Benzylring nur erfolgen konnte, sofern der Benzylaromat keinen Fluorsubstitutenten trug, da dieser desaktivierend wirkte. Die aromatische Hydroxylierung am Chinolonamid erfolgte dagegen bei allen drei Substanzen. Es wurde somit lediglich eine Hydroxylierung am Benzylring von MB343 festgestellt. Die enzymatische Aktivität aller Substanzen folgte einer Reaktionskinetik 1. Ordnung. Die unterschiedlichen Stabilitäten der Substanzen zeigten einen deutlichen Trend: MB209 wurde, da es die instabilste Verbindung darstellt, im größten Maße umgesetzt, gefolgt von den stabileren Derivaten MB343 und MB444. Die Untersuchung der enzymatischen Aktivitäten zeigte, dass die drei Substanzen, verglichen mit der Leitstruktur GHQ168, eine um den Faktor zehn geringere Aktivität aufwiesen [19]. Aufgrund der eingeführten Fluoratome weisen die Substanzen somit eine wesentlich höhere Stabilität auf. Diese Ergebnisse wurden durch die Untersuchung der Halbwertszeit bestätigt, bei der MB444 den höchsten Wert besaß. Weiterhin ist die Position des Fluorsubstituenten am Chinolongerüst ausschlaggebend für die metabolische Stabilität, wobei MB444 aufgrund des para-Fluorsubstituenten am Chinolonamid die stabilste Verbindung darstellt. Durch Inkubation von Daptomycin mit unterschiedlichen S. sciuri-Isolaten wurde ein möglicher Inaktivierungsmechanismus beobachtet, bei dem das Antibiotikum durch Spaltung des cyclischen Aminosäureringes, durch Deacylierung des Fettsäureschwanzes, einer Kombination beider Mechanismen oder durch eine Spaltung des heteroaromatischen Ringsystems von Tryptophan inaktiviert wurde. Die Proteasen des Daptomycin-resistenten S. sciuri-Isolats TS92 führten zu einem Daptomycinabbau von 35 %, unabhängig von der eingesetzten Menge des Arzneistoffes. Das Ausmaß des Abbaus scheint darüber hinaus vom eingesetzten Inkubationsmedium abhängig zu sein, da die Proteasen voraussichtlich auf ein bestimmtes Nährmedium angewiesen sind. Der sensitive S. sciuri-Stamm TS93 lieferte die höchste Abbaurate an Daptomycin mit 55 % und widerlegt damit die Vermutung, dass Daptomycin die geringste antibakterielle Aktivität gegenüber diesem S. sciuri-Stamm aufweist. Im In-vitro-Metabolismus zeigte Daptomycin insgesamt eine sehr geringe Umsetzungsmenge mit maximal 5 % nach 4 h und einer geringen Metabolitenbildung. Hier wurde nur ein Metabolit gefunden, welcher auch mittels S. sciuri-Inkubation identifiziert wurde. Dieser Mechanismus könnte somit auf anderem Wege verlaufen. Die Reaktivitätsstudien der kovalenten Inhibitoren der FadA5-Thiolase gegen Tuberkulose zeigten, dass nur die Verbindungen C1 und C4 eine Reaktivität gegenüber der Aminosäure Cystein93 im aktiven Zentrum besaßen, die somit für den gewünschten Einsatzzweck geeignet sein könnten. Weiterhin wurde bei den kovalenten Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase mit dem Enzym FabI, welches im aktiven Zentrum ein Tyrosin besitzt, keine Reaktion festgestellt, da keine Addukte identifiziert wurden. Dies ist vermutlich auf die Unlöslichkeit im verwendeten TRIS-Puffer zurückzuführen. / This work deals with the investigation of the metabolism as well as the reactivity of different drug candidates as well as active pharmaceutical substances by means of liquid chromatographic and mass spectrometric methods. It is divided into four projects. In order to determine the metabolite profile, a suitable in-vitro incubation system using cytochrome P-450-systems was developed. Thus, the metabolism and pharmacokinetics of the Mip inhibitors SF110, SF235, and SF354 against Legionella, as well as of new antitrypanosomal compounds MB209, MB343, and MB444 and of daptomycin were determined. In addition, the antibacterial activity of daptomycin against an unknown Staphylococcus strain S. sciuri was determined. In addition, reactivity studies of newly synthesized inhibitors against tuberculosis and S. aureus were performed. The Mip inhibitors investigated showed a metabolite profile being characterized by ester and amide hydrolysis as well as hydroxylation. The ester moiety of compound SF110 seemed to be unstable, as metabolites could be also identified in the negative control. The major metabolites of SF235 and SF354 were formed by different hydrolyses, whereby the cleavage mechanism of the molecule is dependent on the respective substituents. The substance class is dominated by microsomal enzyme catalysis, as the highest metabolic turnover and, eventually, the most metabolites were found using a microsomal fraction of the human and mouse. The class of Mip inhibitors is thus represented mainly by cleavage due to cytochrome P-450 enzymes, wherein the hydrophilicity of the substrate is increased by introducing polar hydroxyl groups. Hydroxylation seems to be site specific due to steric hindrance or directing influences. Comparing the stability of SF110, SF235, and SF354 revealed that introducing an amide bond instead of an ester bond significantly stabilizes the substance class metabolically. In murine in vivo metabolism results, SF235 was found to be metabolized more significantly than SF354 within the first 30 min of incubation. In contrast, the in vitro results showed the opposite. SF354 was the most metabolized substance. The contradictory results suggest that in vitro models should only be used as an indicator to derive possible trends. Metabolism studies of quinolonamides active against African sleeping sickness, demonstrated that the highest enzymatic conversion of all three tested compounds was caused by the cytosol fraction. The enzyme reactions are probably catalyzed by ALDH or MAO and not by CYP or FMO, respectively. The formed metabolites found in various fractions were subject to (ω-1)-oxidations, N-dealkylations, amide hydrolyses, and hydroxylations. It was observed that hydroxylation could only take place on the aromatic benzyl ring if it did not carry any fluorine substituents having a deactivating effect. The aromatic hydroxylation of the quinolonamide, however, was carried out in all three substances. Thus, only hydroxylation on the benzyl ring of MB343 was observed. The enzymatic activity of all substances followed a first-order kinetic. The different stabilities of the substances had a clear trend: MB209 showed the highest enzymatic activity as it represents the most unstable compound, followed by MB343 and MB444. The enzymatic activities of the three substances were ten times lower compared to the enzymatic activity of lead structure GHQ168 [19], which exhibits a much higher stability due to the fluorine atoms. These results were confirmed by a half-life study in which MB444 was the most stable compound. The position of the fluorine substituent on the quinolone determines the metabolic stability, making MB444 the most stable compound because it carries a p-fluorine substituent on the quinolonamide. When incubating Daptomycin with different S. sciuri isolates, a possible inactivation mechanism of the antibiotic agent was observed in which the cyclic amino acid ring was opened, the fatty acid tail deacylated, or a combination of both mechanisms as well as the heteroaromatic ring system of tryptophan was cleaved. The proteases of the daptomycin-resistant S. sciuri isolate TS92 led to a daptomycin degradation of 35%, regardless of the initial concentration used. The degradation also seems to depend on the incubation medium since the proteases probably rely on a specific nutrient medium. The sensitive S. sciuri strain TS93 showed the highest degradation rate of daptomycin with 55 % and thus refutes the assumption that it has the smallest antibacterial sensitivity against daptomycin. Overall, DAP showed a very low in vitro metabolism with a conversion rate of maximum 5% after 4 h and a low metabolic rate. Here, only one metabolite could be found which was also identified by means of S. sciuri incubation. Thus, this mechanism could proceed in a different way. The reactivity studies of the covalent inhibitors of the thiolase of the FadA5 enzyme against tuberculosis showed that only compounds C1 and C4 targeted cysteine93, thus being suitable for the desired purpose. Furthermore, no reaction was observed for in the covalent inhibitors of the enoyl-ACP reductase with the enzyme FabI, which carries a tyrosine in the active site, since no adducts were identified. This is probably due to the insolubility in the TRIS buffer.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein repräsentatives Kollektiv von 97 Schlafkrankheitspatienten aus Angola klinisch untersucht und von je 96 Patienten Blut- und Liquorproben gewonnen. Hauptfragestellungen waren, ob die PCR-Technik zur Diagnose und Stadieneinteilung der HAT beiträgt und ob sich aus dem qualitativen und quantitativen Nachweis von Immunglobulinen Zusammenhänge mit dem klinischen Bild der Krankheit herstellen lassen. Da mehrfach von Inkonsistenzen bei den Ergebnissen einer von Moser et al. (1989) als sehr sensitiv publizierten PCR berichtet wurde und die viel versprechenden Resultate der von Kabiri et al. (1999) beschriebenen PCR nicht reproduziert werden konnten, wurde eine von Matovu et al. (2001) publizierte PCR zum Nachweis von trypanosomaler DNA (TbAT1-Gen) verwendet. Je nach analysiertem Medium und verwendetem Purifikations-Kit ergaben sich analytische Nachweisgrenzen von 10 bis 10² Parasiten/10 µl PCR-Ansatz, entsprechend rechnerischer Nachweisgrenzen von ca. 5000 Trypanosomen/ml Blut und ca. 3000 Trypanosomen/ml Liquor. Von 96 Blutproben waren 20 positiv in der PCR (20,8%). Gemessen an den jeweiligen mikroskopischen Diagnostikmethoden kam dies einer Sensitivität von 31,1% und einer Spezifität von 92,3% gleich. Die Liquorproben von 55 Stadium-II-Patienten zeigten in 4 Fällen ein positives Resultat in der PCR (7,3%), entsprechend einer Sensitivität von 21,4% und einer Spezifität von 97,6%. Alle Liquorproben von Stadium-I-Patienten waren negativ in der PCR. Die Ergebnisse der Blut- und Liquorproben waren in über 99% der Fälle reproduzierbar. Es bestanden jeweils Zusammenhänge zwischen den Resultaten der PCR mit denen der herkömmlichen mikroskopischen Nachweismethoden wie LKP und Liquor-Mikroskopie. Neben der offensichtlich zu geringen analytischen Nachweisgrenze bei gleichzeitig niedriger Parasitämie der Patienten kommen auch Faktoren wie DNA-Verlust durch das benutzte DNA-Purifikationskit oder Gen-Deletionen der Trypanosomen als Ursache für die hohe Anzahl der falsch-negativen PCR Ergebnisse in Betracht. Die Resultate der hier angewendeten PCR trugen nicht zur Lösung des diagnostischen Problems der serologisch positiven, aber aparasitämen Patienten bei, lieferten jedoch Hinweise, dass die Parasitenlast im Blut bei Patienten im fortgeschrittenen Stadium höher ist als bei solchen im Anfangsstadium. Insgesamt stellt diese Methode aber keine Bereicherung in der Diagnosestellung oder der Stadieneinteilung bei der HAT dar und sollte speziellen Fragestellungen wie Melarsoprol-Resistenzbestimmungen vorbehalten werden. Der IFT wurde nach der von Wery et al. (1970) beschriebenen Methode in modifizierter Form durchgeführt. Im Serum fanden sich für spezifisches IgG hohe, für spezifisches IgM mittlere und für spezifisches IgA niedrige Titer. Die jeweiligen Titer waren in der vorliegenden Arbeit höher als in der Referenzliteratur, wahrscheinlich bedingt durch die Subjektivität der Endpunktlesung. Während insgesamt Patienten mit direktem Parasitennachweis signifikant höhere Serumspiegel an spezifischem IgM aufwiesen, konnte bei manchen Kranken trotz Trypanosomen-Präsenz kein spezifisches IgM im Serum oder Liquor nachgewiesen werden. Bei Patienten im fortgeschrittenen Stadium waren die Spiegel der einzelnen Antikörperklassen im Serum gegenüber denen von Patienten im Anfangsstadium signifikant höher. Dieses Phänomen könnte auf einer Akkumulation der spezifischen Immunglobuline gegen die ständig wechselnden Oberflächenantigene der Trypanosomen im Laufe der Krankheit beruhen. Die Höhen der jeweiligen spezifischen Antikörperspiegel im Serum standen nicht in Zusammenhang mit pathologischen Befunden bei der Untersuchung von Körpertemperatur, Blutdruck, Puls, Lymphadenopathien, Hepato- oder Splenomegalien, Bauchschmerz und Untergewicht. Das Fehlen eines Vergleichskollektives, die große Symptom-Variabilität und die Subjektivität einiger Untersuchungsmethoden erschwerten dabei allerdings die Objektivierung des klinischen Zustandes im Hinblick auf allgemeingültige Aussagen. Interessante Nebenfunde in dieser Arbeit waren die nach wie vor ungeklärt hohe Prävalenz von Untergewicht, Hinweise auf Kreislaufregulationsstörungen und der Zusammenhang des Auftretens des Winterbottom-Zeichens mit der Zugehörigkeit zum Stadium II. Im Liquor konnte nur in wenigen Fällen bei Stadium-II-Patienten spezifisches IgG nachgewiesen werden. Das Vorkommen dieses Immunglobulins stand jedoch im Zusammenhang mit pathologischen Ergebnissen der Patienten in den Stand- und Gangversuchen. Aufgrund des Vorteils der einfachen und schnellen Durchführbarkeit könnten sich diese Untersuchungen als sinnvolle Diagnostikergänzung in der Neuroinflammationsdetektion bei der HAT erweisen. Spezifisches IgM und IgA lagen im Liquor bei allen Proben unter der Testgrenze und bieten keine Anhaltspunkte für eine sinnvolle Verwendung als Diagnostik- oder Verlaufsparameter. / In this study, 97 Human African Trypanosomiasis (HAT) patients from Angola were examined and blood and CSF were taken from 96 patients respectively. Main points of interest were if PCR was an enrichment in the diagnosis and stage determination and if levels of specific antibodies (class M, G, A) would match the severeness of this disease as seen in the clinical picture. Due to repeatedly reported inconsistencies in the results of a very sensitive PCR by Moser et al. (1989) and the lack of reproducibility of promising PCR-results by Kabiri et al. (1999) a PCR published by Matovu et al. (2001) was used to amplify trypanosomal DNA (TbAT1-Gene). Depending of the analyzed medium and DNA-purification-kit, analytical detection limits of 10 to 10² parasites/10 µl PCR-sample, according to a mathematical detection limit of approx. 5000 trypanosomes/ml blood and approx. 3000 trypanosomes/ml CSF. Out of 96 blood samples 20 were positive by PCR-testing (20.8%). Based on the conventional microscopic diagnostic methods this meant a sensitivity of 31.1% and a specificity of 92.3%. CSF-samples of 55 stage-II-patients showed a positive PCR-result in 4 cases (7.3%), according to a sensitivity of 21.4% and a specificity of 97.6%. All CSF-samples of stage-I-patients were negative by PCR-testing. The PCR-results of blood- and CSF-samples were reproducible in over 99%. There were positive correlations between the results of PCR-testing and conventional microscopic detection methods like lymph node aspiration and microscopy of CSF. Apart of the analytical detection limit being apparently too poor for low parasitemic patients, other factors like DNA-loss by the applied DNA-purification-kit or gene-deletions may be reasons for the high number of false-negative results in PCR-testing. The results of the applied PCR-method were not beneficial to solve the diagnostic problem of serological positive, but aparasitemic patients, but indicated that parasitemia in stage-II-patients might be higher than in stage-I-patients. Overall this method is not helpful for diagnosis or stage-determination in HAT and its use should be restricted to questions like testing of Melarsoprol-resistance. Indirect immunofluorescence test (IFT) was carried out as described by Wery et al. (1970) in a modified form. Specific antibody titres in serum were high for IgG, medium for IgM, and low for IgA. Titres in this study were higher than previously described, probably due to the subjective character of reading the end-point-titre. While microscopic approved patients compared to serological diagnosed patients showed significantly higher levels of IgM in serum, no IgM could be detected in serum or CSF in some patients despite presence of trypanosomes. Stage-II-patients showed significantly higher titres of the respective antibody classes in serum compared to stage-I-patients. This result could rely on an accumulation of specific antibodies directed against the constantly changing trypanosomal surface antigens while the disease is in progress. Levels of the respective antibody classes did not show any correlation to pathological findings in the clinical examination of body temperature, blood pressure, pulse rate, lymphadenopathy, enlargement of liver and/or spleen, abdominal pain or underweight. The absence of a collective of non-HAT-patients, great variability of symptoms in HAT, and the subjectivity of some examination methods hampered the objectification of the clinical status regarding to general conclusions. Interesting secondary findings of this study consisted in the still unexplained high prevalence of underweight, signs of indication for a disorder of circulation and blood pressure regulation respectively, and the positive correlation between the presence of the Winterbottom-sign and the later stage of the disease. In CSF, specific IgG could be found in only few cases of stage-II-patients. There was no correlation between the presence of this antibody class and pathological results in gait and stance examinations. Being a quick and easily carried out test, this examination could be an expedient additional tool for diagnosis and determination of neuroinflammation in HAT. CSF-levels of specific IgM and IgA were in all cases below the test margin and showed no evidence for a reasonable application as a diagnostic or follow-up-tool.

Die Afrikanische Schlafkrankheit ist eine tropische Infektionskrankheit und gehört zu den vernachlässigten Krankheiten. Am stärksten von Schlafkrankheit betroffen ist die Demokratische Republik Kongo. Anfang des 20. Jahrhunderts war ihre Bekämpfung von großem Interesse für die Kolonialmächte und eine wirkungsvolle Bekämpfung konnte erreicht werden. Nach der Unabhängigkeit der afrikanischen Staaten kam es jedoch erneut zu Ausbrüchen. Diese Arbeit analysiert die historische Entwicklung und den aktuellen Stand der Bekämpfung und Kontrolle der Schlafkrankheit in der DR Kongo und untersucht Charakteristiken und Aufgabenbereiche aktueller nationaler und internationaler Organisationen anhand von veröffentlichter Literatur, Site Visits und Experteninterviews vor Ort. / Human African Trypanosomiasis, also known as sleeping sickness, is a tropical infectious disease that belongs to the major neglected diseases in Africa. The Democratic Republic of Congo (DRC) is the most affected country. In the beginning of the 20th century sleeping sickness has been of major interest to colonial powers and sufficient control had been achieved. After the independence of the African states case numbers began to rise again. This thesis analyzes the historical development and the current situation of the fight against sleeping sickness in the DRC. It investigates the characteristics and the function of national and international organizations by means of literature, site visits and interviews of experts in this field.

Die humane afrikanische Trypanosomiasis (Schlafkrankheit, HAT) wird durch die Parasiten Trypanosoma brucei rhodesiense und Trypanosoma brucei gambiense ausgelöst und führt unbehandelt zum Tod. Wegen begrenzter Therapiemöglichkeiten sowie vernachlässigter Kontrollprogramme ist HAT eine gegenwärtige Bedrohung, was die Suche nach neuen Wirkstoffen notwendig macht. Ausgangspunkt für die Leitstrukturfindung war das 7-Amino-4-chinolon-3-carboxamid IV mit einem IC50-Wert (T. b. brucei) von 1.2 µM. Die 4-Chinolon-3-carboxamid-Grundstrukturen wurden unter Verwendung der Gould-Jacobs- (1-Alkyl-Derivate) bzw. der Grohe-Heitzer-Synthese (1-Aryl-Derivate) aufgebaut und anhand strukturierter Variation der Substituenten in Pos. 1, 3 und 7 die für die antitrypanosomale Wirksamkeit essenziellen Strukturelemente identifiziert: Pos.1: Die Alkylkettenverlängerung von Ethyl zu n-Butyl bewirkte eine stetige Aktivitätssteigerung, welche auch einem Aryl-Rest in dieser Position überlegen war. Pos.3: Benzylamide mit HBD-Funktionen führten zur Aktivitätsabnahme, während HBA-Funktionen und unsubstituierte Reste zur Steigerung der Wirksamkeit, teilweise in den nanomolaren Konzentrationsbereich, beitrugen. Pos.7: Neben cyclischen sek. Aminen wurden auch aliphatische prim. Amine via konventioneller oder Mikrowellen-unterstützter SNAr eingeführt. Dabei zeigten sich die sek. Amine mit einer antitrypanosomalen Aktivität im teilweise submikromolaren Bereich den acyclischen Aminen deutlich überlegen. Vor allem der Morpholin-Rest bewirkte eine sprunghafte Wirksamkeitsverbesserung. Durch Kombination der Einzelresultate konnte schließlich die den Lipinski’s „Rule of 5“ entsprechende Leitstruktur 33 mit vielversprechender antitrypanosomaler Wirksamkeit (IC50 (T. b. brucei) = 47 nM, IC50 (T. b. rhodesiense) = 9 nM) und geringer Zytotoxizität erhalten werden (SI = 19000). Erste Untersuchungen zur Identifikation des Targets der 4-Chinolon-3-carboxamide ergaben folgende Erkenntnisse: Fluoreszenzmikroskopieuntersuchungen zeigten eine deutliche Veränderung der Morphologie des Mitochondriums bei behandelten BSF-T. b. brucei-Zellen. Anhand einer Zellzyklus-Analyse wurde die Beeinträchtigung der Segregation des Kinetoplasten beobachtet, was zu einem Segregationsdefekt führte. Die Topoisomerase (TbTopoIImt) wurde durch ein „Knockdown“-Experiment als Haupt-Target ausgeschlossen. Trotz der bemerkenswerten biologischen Aktivität war eine In-vivo-Untersuchung der Leitstruktur wegen zu geringer Wasserlöslichkeit nicht möglich, welche auf eine hochgeordnete Schichtgitterstruktur zurückzuführen war. Da die Löslichkeit im Wesentlichen eine Funktion der Lipophilie und der intermolekularen Wechselwirkungen ist, wurden zur Verbesserung der Wasserlöslichkeit pharmazeutisch-technische Methoden angewandt sowie chemische Strukturmodifikationen vorgenommen: Es wurde eine Lipid-basierte, selbstemulgierende Formulierung entwickelt. Durch Ausbildung stabiler Emulsionen war 33 bis zu einer Konzentration von 10 mg/ml im Wässrigen löslich und somit für die In-vivo-Untersuchung zugänglich. Nach 4-tägiger peroraler Behandlung von NMRI-Mäusen mit einer wässrigen 1:1-Verdünnung der Formulierung konnte keine In-vivo-Aktivität festgestellt werden. Die Sprühtrocknung von 33 resultierte in amorpher Modifikation, welche in Gegenwart von PVP bzw. Eudragit®L100 stabilisiert wurde. Beide Partikel ermöglichten die Übersättigung von 33 im Wässrigen, was im Fall der Eudragit®L100-Partikel zu 200-facher Löslichkeitssteigerung gegenüber der kristallinen Wirkstoffmodifikation führte und somit die In-vivo-Untersuchung ermöglichte. Zusammen mit ersten Metabolismus-Untersuchungen von 33, welche die Berechnung einer Abbau-Kinetik bzw. Clearance ermöglichte, konnte mittels der Software Simcyp® ein Plasmakonzentrationsprofil der Verbindung 33 (Eudragit®L100-Partikel) erstellt werden. Basierend auf diesem Studiendesign wurde die In-vivo-Untersuchung von 33 an mit T. b. rhodesiense infizierten Mäusen durchgeführt und zeigte nach 8-tägiger Behandlung einen deutlichen Rückgang der Parasitämie. Im Fokus der chemischen Strukturmodifikation stand das Einführen polarer und ionisierbarer Strukturelemente, um 4-Chinolon-3-carboxamid-Derivate mit erhöhter Hydrophilie (logP 1 - 3) bzw. Salz- und Co-Kristall-Strukturen zu erhalten. Sämtliche Strukturvariationen trugen zur Verbesserung der Wasserlöslichkeit und der „drug-like“ Eigenschaften im Vergleich zu Verbindung 33 bei, waren allerdings von Aktivitätsverlusten gegenüber T. b. brucei begleitet. Anhand der „ligand efficiency“- und „lipophilic ligand efficiency“-Analyse wurden schließlich die vielversprechendsten Derivate (94 und 96) für die weitere Untersuchung ausgewählt. Mit IC50 (T. b. rhodesiense)-Werten von 4 nM (94) und 33 nM (96) und geringer Zytotoxizität wurden Selektivitätsindizes bis zu 25000 gefunden, welche jene von 33 übertrafen. Aufgrund einer Löslichkeit im millimolaren Bereich, einer moderaten Membranpermeabilität und einer Plasmastabilität von > 2 h können die Verbindungen 94 und 96 somit als erste Wirkstoffkandidaten angesehen werden. Die vollständige physiko-chemische Charakterisierung wurde mittels eines Sirius-T3-Titrationssystems durchgeführt. Unter Verwendung dieser Parameter wurden für die Derivate 94 und 96 je zwei Plasmakonzentrationsprofile mit der Software Simcyp® simuliert. Basierend auf diesem Studiendesign wurde jeweils die hohe Dosis beider Derivate im Mausmodel (T. b. rhodesiense) untersucht. Während nach 5-tägiger Behandlung mit 94 und 96 bei sämtlichen Tiere keine Parasiten mehr nachweisbar waren, wurde ein leichter Rückfall in beiden Versuchsgruppen an Tag 8 beobachtet. Gegenwärtig wird die Behandlung mit beiden Derivaten fortgesetzt. / The human African trypanosomiasis (HAT, sleeping sickness) is caused by the human pathogenic subspecies Trypanosoma brucei gambiense and Trypanosoma brucei rhodesiense which are transmitted by the the bite of the tsetse fly. Without medical treatment patients fall into coma and finally die. Due to limited therapeutic options and neglected surveillance programs HAT is a current threat and makes the search for new easy accessible active compounds inescapable. The lead identification step was based on the 7-amino-4-quinolone-3-carboxamide-derivative IV showing an IC50 value of 1.2 µM against T. b. brucei. Thus, the 4-quinolone-motif was build up by either using the Gould-Jacobs-(1-alkyl-4-quinolone-derivatives) or the Grohe-Heitzer-procedure (1-aryl-4-quinolone-derivatives) followed by SAR (substituents in pos. 1, 3 and 7) to identify essential structural elements: pos.1: Prolongation of the aliphatic chain from ethyl to n-butyl led to increased antitrypanosomal activity which also surpassed the aromatic substituent. pos.3: Benzylamides with HBD-functions decreased the activity, while HBA-functions and unsubstituted benzylamides increased the antitrypanosomal potency, partially to submicromolar concentration range. pos.7: Cyclic sec. and aliphatic prim. amines were introduced in pos. 7 by conventional and microwave-assisted SNAr. In comparison, sec. amines showed higher activity, especially a morpholine residue led to an strong rise in potency. The SAR analysis on the one hand revealed lead structure 33 with promising antitrypanosomal activity (IC50 (T. b. brucei) = 47 nM, IC50 (T. b. rhodesiense) = 9 nM), drug-like properties (Lipinski’s rule of five are fulfilled), and noncritical cytotoxicity (SI = 19000). On the other hand some 1-aryl-derivatives with aliphatic, prim. or sec. amine residues and increased lipophilicity (logP 4 - 5, i. e. 49) showed growing polypharmacological properties which gave new insights in the cytotoxic potential of this molecules crucial for further lead optimization steps. To identify the target of 4-quinoline-3-carboxamide-derivatives first investigations were accomplished: Fluorescence microscopy based screening revealed significant change in the morphology of the mitochondrium for treated BSF-T. b. brucei cells. Interference of kinetoplast segregation was observed in a cell cycle analysis which resulted in a segregation defect. By means of knockdown-experiments the topoisomerase (TbTopoIImt) was excluded as main target for 4-quinolone-3-carboxamide-derivatives. Fluorescence dye labeling of 33 did not reveal further information about the target. Despite promising potency of 33, in-vivo-investigation failed due to very low water solubility caused by a highly ordered layer lattice crystal structure. Since solubility is a function of lipophilicity and intermolecular interactions, approaches from the fields of pharmaceutics and chemical structure modifications were used to overcome the problem: A lipid-based, self-emulsifying formulation was developed (SEDDS). The formation of stable emulsions enabled a drug concentration in aqueous solution of 10 mg/ml. Thus, the formulation was selected for in vivo investigation of 33 with T. b. rhodesiense infected NMRI mice. Unfortunately, the daily peroral application of a 1:1 dilution with a drug concentration of 5 mg/ml did not show any activity after four days of treatment. Spray drying of 33 in the presence of PVP and Eudragit®L100 respectively, resulted in amorphous modification confirmed by means of XRPD (ASDD). Both ASDDs enabled the supersaturation of 33 in aqueous media which in case of Eudragit®L100-ASDD contributed to a 200 fold enhanced solubility compared to the crystalline modification. Based on these results (Eudragit®L100-particle) a pharmacokinetic profile was simulated by means of the software Simcyp® (version 12.0.79.0) using a dose of 0.20 µmol/250 µl/12 h over a period of 4 d and a hepatic clearance value calculated from metabolic degradation data of compound 33. Evaluation of in vivo efficacy of 33 (ASDD-Eudragit®L100) in T. b. rhodesiense infected NMRI mice using the Simcyp® simulation revealed significant reduction of parasitaemia after 8 days of treatment. Thus, in vivo investigation is still ongoing. The main focus of the chemical modification approach was the introduction of polar and ionizable structural elements in order to decrease lipophilicity (logP 1 - 3) and to achieve 4-quinolone-3-carboxamide derivatives as salts or co-crystals. The obtained derivatives showed improved water solubility and better drug-like properties compared to 33, associated with less antitrypanosomal activity against T. b. brucei. According to ligand efficiency and lipophilic ligand efficiency analysis two promising compounds (94 and 96) were selected for further investigations. Both compounds showed IC50 values against T. b. rhodesiense in the low nanomolar concentration range (94: 4 nM, 96: 33 nM) and low in vitro cytotoxicity resulting in selectivity indices up to 25000 surpassing those of 33. Due to aqueous solubility in the millimolar range, moderate membrane permeability (Caco-2-assay) and plasma stability of > 2 h (stability-assay), both compounds were considered as potential drug candidates which were subjected to a complete physico-chemical characterization (pKa, logP, intrinsic solubility) by means of the Sirius-T3-instrument. Subsequently, these parameters were used to simulate two pharmacokinetic profiles (Simcyp®) for each compound (low dose: 0.20 µmol/250 µl/12 h, high dose: 1.00 µM/250 µl/12 h). Based on these simulations the in vivo investigations of 94 and 96 (high dose) revealed significant reduction of parasitaemia after 5 days of treatment but in both cases relapse was observed on day 8. Nevertheless in vivo investigations of 94 and 96 are currently ongoing.

The human African trypanosomiasis is a neglected tropical disease, which is caused by the protozoan Trypanosoma brucei and transmitted by the bite of the tsetse fly. An untreated infection leads to death. However, only a few drugs with significant drawbacks are currently available for treatment. In this thesis, quinolone amides with an antitrypanosomal activity were synthesized and their biological and physicochemical properties were measured. New structure-activity relationships and a promising lead structure were discovered. / Die Humane Afrikanische Trypanosomiasis ist eine vernachlässigte Tropenkrankheit, die durch das Protozoon Trypanosoma brucei verursacht und durch den Stich der Tsetsefliege übertragen wird. Eine unbehandelte Infektion führt zum Tod. Für die Behandlung stehen derzeit jedoch nur wenige Medikamente mit erheblichen Nebenwirkungen zur Verfügung. In dieser Arbeit wurden Chinolonamide mit einer antitrypanosomalen Aktivität synthetisiert und ihre biologischen und physikochemischen Eigenschaften ermittelt. Es wurden neue Struktur-Wirkungs-Beziehungen und eine vielversprechende Leitstruktur entdeckt.

RESUME<p>La Trypanosomiase Humaine Africaine (THA) appelée également « maladie du sommeil» est une maladie parasitaire provoquée par un protozoaire du genre Trypanosoma dont deux sous-espèces (T. brucei gambiense et T. brucei rhodesiense) sont pathogènes à l’homme. La stratégie de lutte contre cette maladie est essentiellement basée sur le dépistage précoce et le traitement des malades, complété avec le contrôle du vecteur. Cependant, l’utilisation du service de dépistage de la THA par les communautés exposées représente un défi majeur. L’adhésion aux campagnes de dépistage actif avec des équipes mobiles spécialisées était en-dessous de 50% dans certains villages endémiques fin des années nonante. De surcroît, l’utilisation des services de santé fixes en RDC est si faible que ceci compromet le dépistage passif dans les formations sanitaires fixes. Notre hypothèse est que cette faible utilisation des services de santé pourrait elle-même être due à un problème d’acceptabilité du dépistage et traitement de la THA par les communautés vivant dans les zones de transmission de la THA. Tout ceci compromet l’élimination de la THA comme problème de santé publique, un but que s’est fixé la communauté internationale d’ici 2020.<p>Ce travail a comme objectif d’explorer cette dimension socioculturelle de la maladie qui est souvent négligée dans le contrôle de la THA et générer une meilleure connaissance de ces aspects.<p><p>Nous avons réalisé cinq études en total pour adresser la question de la sous-utilisation des services de dépistage et traitement de la THA par les communautés et sa relation avec l’acceptabilité des services. Nous avons d’abord développé une première étude qui évalue les résultats du traitement de la THA en analysant rétrospectivement les données de routine du programme de contrôle de la THA pour l’année 2006 à 2008. Ensuite, nous avons réalisé trois études qualitatives par focus group (groupe focalisé) et entretiens individuels pour documenter la dimension socioculturelle de la lutte contre la THA. D’abord une étude qui a exploré les perceptions sur la THA dans la communauté, suivi par une étude qui explore les perceptions sur le traitement de la THA et une autre qui se concentre sur les pratiques diagnostics des professionnels de santé face à un syndrome neurologique en contexte de ressources limitées. <p><p>Une cinquième étude combine une enquête-ménage avec des focus groups et des entretiens individuels pour explorer les perceptions de la communauté sur la santé en général et les services de santé. <p>Nous avons comparé les obstacles à l’utilisation des services de dépistage et traitement de la THA identifiés dans ce travail avec les messages de sensibilisation sur la THA utilisés au programme de contrôle de la THA en RDC et nous avons développé des recommandations stratégiques.<p><p>L’évaluation des indicateurs de performances sur l’issue de traitement montre que le taux de suivi post-thérapeutique est faible dans son ensemble :25 % pour le premier suivi de six mois et moins d’un pourcent des patients revient pour la dernière visite de contrôle au mois 24. Nous avons aussi observé dans cette étude un taux d’échec au mélarsoprol et à la pentamidine respectivement de 30% et de 22 % au Kasaï Oriental qui sont cependant difficilement interprétables, car le dénominateur est incomplet. Comme très peu de patients reviennent au contrôle post-thérapeutique, cette proportion est probablement biaisée vers ceux qui sont en échec de traitement.<p><p>L’étude de perception de la THA montre que la maladie est bien connue dans les communautés vivant dans les zones à risque. Par contre, plusieurs obstacles au dépistage et traitement de la THA ont été identifiés. Les plus importants sont :la toxicité des médicaments de la THA, les obstacles financiers, l’inadéquation entre le programme de dépistage des équipes mobiles et les occupations des communautés, les interdits qui accompagnent le traitement de la THA, le manque de confidentialité et la peur de la ponction lombaire. <p>L’étude sur la perception du traitement de la THA a montré que le mélarsoprol est perçu comme un médicament toxique et est surnommé « médicament des interdits ». Par contre, le régime NECT est perçu comme un nouveau médicament moins toxique qui a rendu les interdits liés au mélarsoprol obsolètes sauf un seul, celui de ne pas avoir de rapport sexuel pendant la période de traitement et de suivi post thérapeutique qui est de 6 mois. Les interdits ont été instaurés de manière empirique par les professionnels de santé et les communautés pour mitiger les effets indésirables du mélarsoprol. Leur violation pourrait entrainer des conséquences graves et mortelles. Ces interdits sont fortement ancrés dans les croyances de la communauté et constituent aujourd’hui un obstacle au dépistage et traitement. <p><p>L’étude sur les pratiques diagnostiques des professionnels de santé en matière de syndrome neurologique en contexte de ressources limitées a montré qu’en zone rurale le diagnostic est principalement clinique. Les obstacles perçus au diagnostic de confirmation sont essentiellement d’ordre financier puisque le patient doit tout financer de sa poche. Autres obstacles évoqués sont le manque d’outils de diagnostic et la perception de la communauté qui voit le clinicien comme un devin (petit dieu) ou oracle capable de « deviner » directement la maladie sans passer par un processus diagnostique de laboratoire.<p>L’étude sur les perceptions de la santé et des services de santé a montré que les capacités de travailler (82%) et les capacités de se mouvoir (66%) sont les signes de bonne santé les plus perçus. 90% des responsables des ménages perçoivent positivement la santé de leur ménage. Les opinions sur le service de santé sont partagées.<p><p>Les études présentées dans ce travail ont généré des nouvelles connaissances sur la dimension socioculturelle de la THA. L’analyse des messages de sensibilisation sur la THA utilisés par le programme de contrôle de la THA en RDC en termes de comparaison avec les obstacles au dépistage et traitement de la THA identifiés dans ce travail montre que ces aspects socioculturels bien qu’étant des véritables goulots d’étranglements dans la dynamique de la lutte contre la THA ne sont pas bien ciblés par la communication sur la THA. <p>Les perspectives des communautés exposées au risque de la THA doivent être adressées par un dialogue continu entre professionnels de santé et communautés adapté aux réalités locales. Ainsi il sera possible d’améliorer de manière opérationnelle les stratégies d’information, éducation et communication, et de façon plus large, le dépistage et traitement de la THA en intégrant la dimension socioculturelle de la THA dans la politique de lutte contre la THA. <p><p>SUMMARY<p>Human African Trypanosomiasis (HAT), also known as “sleeping sickness” is a parasitic disease caused by protozoa of the species Trypanosoma. There are two types that infect humans, Trypanosoma brucei gambiense and Trypanosoma brucei rhodesiense. The strategy used to control sleeping sickness consists of early case detection and treatment of patients, together with vector control. Meanwhile, utilization/access to HAT screening by the affected communities remains a major challenge. Adherence to active screening programs with mobile units was below 50% in certain endemic villages end of the 90’s. Moreover, utilization of fixed health facilities in DRC is so low that it compromises passive case finding. Our hypothesis is that this low utilization of health services is caused by a problem of acceptance of case detection and treatment of HAT by the communities living in the HAT transmission zones. This compromises the target of the international community to eliminate HAT as a public health problem by 2020. This thesis wants to explore and tries to generate more knowledge on the socio-cultural aspect that is often neglected in the control of HAT. <p><p>We conducted five studies to address the lack of community participation in HAT screening and treatment activities and the relation with acceptance of these services. <p>The first study evaluated the results of HAT treatment by retrospectively analyzing data of the routine HAT control program for the period 2006-2008. <p><p>Afterwards we performed three qualitative studies consisting of focus group discussions and individual interviews to document the socio-cultural dimension of the fight against HAT. The first study explored the community perceptions regarding sleeping sickness. The second study explored the perceptions regarding HAT treatment and a third study focused on diagnostic practices of health professionals in low-resource settings facing a neurological syndrome. <p><p>The fifth study consists of a household survey, focus group discussions and individual interviews to explore community perception regarding health in general and health services. We compared the identified barriers to screening and treatment of HAT with awareness messages on sleeping sickness used by the HAT control program in DRC and we developed strategic recommendations. The evaluation of performance indicators for treatment showed that compliance with post-treatment follow-up is very poor: 25% for the first post-treatment follow-up examination at six months and less than 1% of the patients returns for the final examination at 24 months. In this study we also observed a treatment failure rate of respectively 30% and 22% for melarsoprol and pentamidine in Kasai-Oriental. However, these date are difficult to interpret because of an incomplete denominator. As only few patients return for follow-up visits, this proportion is probably biased towards those in treatment failure.<p> <p>The study on the perception of sleeping sickness shows that the disease is well known amongst the communities living in the endemic areas. However, several screening and treatment barriers were identified. The most important are: drug toxicity, financial barriers, the incompatibility between the itineraries of the mobile screening teams and the local communities’ activities, the prohibitions related to HAT treatment, lack of confidentiality and fear of lumbar punctures. The study on the perceptions regarding HAT treatment show that melarsoprol is perceived as a toxic drug and is nicknamed the ‘taboo drug’. On the other hand the NECT regime is perceived as the new drug that is less toxic and that has abolished all the taboos of melarsoprol with the important exception of sexual intercourse during the treatment period and the post-treatment follow-up period of six months. <p><p>The prohibitions have been established empirically by healthcare providers and communities to mitigate the side effects of the melarsoprol regimen. Violating these restrictions is believed to cause severe and sometimes mortal complications. Communities adhere strictly to these prohibitions and this constitutes a barrier for HAT screening and treatment.<p><p>The study focusing on diagnostic work-up of neurological syndromes in low-resource settings by health care providers has shown that in rural areas diagnosis is usually clinical. Barriers to confirmation of diagnosis are mainly related to the purchasing power of the patient. Other reported barriers are a lack of diagnostic tools and the communities’ perceptions associated with the care provider. Clinicians are perceived as diviners being able to directly identify the cause of the illness without using laboratory tests. The study regarding the perceptions on health and health services has shown that ability to work (82%) and ability to move (66%) are the most perceived signs of good health. 90% of the household responsibles positively perceive the health of their family. The opinions on the health services are divided. <p><p>The studies presented in this thesis have generated new insights on the socio-cultural dimension of HAT. The analysis of the awareness messages on HAT in DRC compared with the reported HAT screening and treatment barriers have shown that <p>although these sociocultural aspects are real bottlenecks in the dynamic of the fight against HAT, they are not targeted by the communication on HAT. <p><p>The prospects for communities at risk of HAT should be addressed through continuous dialogue between health professionals and communities adapted to local realities.<p><p>It will thus be possible to operationally improve the information strategies, education and communication, and more broadly, screening and treatment of HAT by integrating the socio-cultural dimension in the fighting policy against sleeping sickness.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les kinétoplastidés sont des protozoaires flagellés responsables de maladies tropicales négligées mortelles telles que la leishmaniose viscérale (L. donovani et L. infantum) ou la trypanosomiase humaine africaine (T. brucei), pour lesquelles les traitements disponibles sont très limités. Depuis quelques années, on observe un regain d'intérêt pour le développement de nitrohétérocycles aromatiques anti-infectieux tels que le delamanide et le féxinidazole. De récentes études indiquent que l'activité anti-kinétoplastidés de ces dérivés repose sur leur bioactivation sélective par des nitroréductases parasitaires, conduisant à la formation de métabolites réduits électrophiles, fortement cytotoxiques. Suite à des études préliminaires réalisées dans notre équipe en série 8-nitroquinoléin-2(1H)-one, ces travaux de thèse portent sur la synthèse et l'étude in vitro de l'activité antiparasitaire de 80 dérivés notamment fonctionnalisés en positions 3 et 6 du pharmacophore par divers motifs, notamment via la mise au point de réactions d'halogénation sélective et de couplages pallado-catalysés. Ainsi, 5 nouvelles molécules hits (4 anti-kinétoplastidés et 1 sélective de T. brucei) ont été identifiées (0,01 µM ≤ CI50 ≤ 7 µM et 13 < IS < 1500), trois d'entre-elles étant des substrats sélectifs des nitroréductases parasitaires de type I. Afin de préciser les relations structure-activité, une étude des potentiels de réduction a également été menée. Des études physico-chimiques (solubilité, test de perméabilité PAMPA) et pharmacocinétiques in vitro (stabilité microsomale et fixation à l'albumine humaine) sont venues compléter ce travail. Enfin, des évaluations de la mutagénicité et de la génotoxicité de ces hits sur des cellules procaryotes et humaines ont été conduites, dans le but de statuer sur leur potentiel pharmaceutique antiparasitaire humain et vétérinaire. / Kinetoplastids are flagellated protozoan parasites responsible for lethal neglected tropical diseases, such as visceral leishmaniasis (L. donovani and L. infantum) or sleeping sickness (T. brucei brucei), for which very few drugs are available. Nowadays, nitroheterocyclic compounds present a renewed interest as anti-infective agents, as illustrated by the development of fexinidazole and delamanid. Some recent studies demonstrated that the antikinetoplastid activity of these derivatives involves their selective bioactivation by parasitic nitroreductases, leading to the formation of electrophilic reduced metabolites, highly cytotoxic. Based on preliminary studies conducted in our team in 8-nitroquinolin-2(1H)-one series, this PhD work is about the synthesis and in vitro antiparasitic study of 80 derivatives mainly functionalized at positions 3 and 6 of the pharmacophore by various substituents, especially via the optimization of selective halogenation and pallado-catalyzed cross coupling reactions. Thereby, 5 new hit compounds (4 antikinetoplastid and 1 selective of T. brucei) were identified (0.01 µM ≤ IC50 ≤ 7 µM and 13 < SI < 1500), three of them being selective substrates of type I parasitic nitroreductases. In order to refine the structure-activity relationship studies, an analysis of reduction potentials was also conducted. In vitro physicochemical (solubility, PAMPA permeability assay) and pharmacokinetic (microsomal stability and human albumin binding) experiments completed this work. Finally, the mutagenicity and genotoxicity evaluations of these new hit compounds toward prokaryotic and human cells were realized, in order to assess their human and veterinary antiparasitic pharmaceutical potential.

The two human pathogenic sub-species T.b.gambiense and T.b.rhodesiense can be distinguished from the morphologically identical T.b.brucei by their ability to infect humans, enabling them to cause sleeping sickness. This is because they are resistant to lysis by the lytic factor (APOL-I) present in normal human serum (NHS). In T.b.rhodesiense resistance to this lytic factor is due to a truncated VSG gene termed SRA which blocks lysis by interacting with APOL-I in the lysosome. SRA does not exist in T.b.gambiense. The search for a similar truncated VSG gene lead to the identification of a T.b.gambiense specific glycoprotein termed TGSGP. TGSGP transfected alone into the sensitive T.b.brucei is unable to confer resistance to this sub-species. This is either due to incorrect processing of this gene is this sub-species or because TGSGP requires a partner to confer resistance.<p><p>In the search for a partner, the genomic locus of TGSGP was cloned and sequenced. We found that TGSGP is linked to a truncated gene homologous to the S.cerevisiae AUT1 gene, a gene implicated in autophagy and more specifically in membrane expansion. Southern blot hybridization and PCR analysis on genomic DNA from several isolates demonstrated that this feature was a specific to T.b.gambiense. In addition, we observed a correlation between the aut1 allele size and the geographical origin of the isolate.<p><p>Since in trypanosomes lysis by NHS is due to an uncontrolled expansion of the lysosome, we speculated that the truncation of the aut1 allele could be implication in the resistance to human serum. We characterized the genomic organisation of the AUT1 locus. T.b.brucei possesses two native AUT1 alleles whilst T.b.gambiense possesses a truncated aut1 allele, as well as a native AUT1 allele. We showed that in the T.b.gambiense LiTAR isolate (aut1/AUT1), despite the presence of a wild-type allele this gene is no longer expressed at the mRNA and protein level. Our complimentary results by run-on transcription assay showed that the AUT1 region is transcribed but that the messenger is unstable. LiTAR is a functional knock-out for AUT1, but Northern blot analysis on several T.b.gambiense isolates showed that this is not a generalised T.b.gambiense characteristic. <p><p>We explored the role of AUT1 in trypanosomes by invalidation of the AUT1 gene in T.b.brucei and by the over-expression of the AUT1 and aut1 alleles in T.b.brucei. By functional analysis of AUT1 knocked-down cells we showed that AUT1 is not essential in trypanosomes. By recreating in T.b.brucei the T.b.gambiense AUT1/aut1 genotype we were able to show that the expression of the aut1 UTR down-regulated the expression of the wild-type AUT1 allele. We speculated that this may be due to a natural RNAi mechanism. Par northern blot, using probes covering the potential target region of AUT1, we detected a 50nt small RNA specific to T.b.gambiense. In addition, we showed that in a LiTAR strain in which the RNAi pathway was abolished AUT1 expression is restored. <p><p>We continued to investigate TGSGP’s role in the resistance to human serum by invalidation of TGSGP in T.b.gambiense and by expressing TGSGP in the NHS-sensitive T.b.brucei. Because T.b.gambiense cannot be cultured in vitro we established a new in vivo transfection technique and as the knock-out of TGSGP is most probably lethal, we created an inducible RNAi T.b.gambiense cell strain. These indispensable tools will be used to test whether invalidation TGSGP is sufficient to confer resistance to NHS. Many strategies were tested in order to correctly expressing TGSGP in T.b.brucei; in none of these transfectants was TGSGP correctly located in the flagellar pocket as is the case in T.b.gambiense and only partial resistance was ever obtained. In order to identify the factors in human serum that could interacts with TGSGP, we subjected NHS to affinity chromatography using TGSGP as bait. We showed that TGSGP interacts with APOA-I, a major component of HDLs.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished