Selon les estimations de l'OMS, le bilan mondial du paludisme a atteint 212 millions de cas et 429 000 décèsen 2015 (OMS, 2016). Cette gravité est principalement due à Plasmodium falciparum. A l’heure actuelle, P. falciparum présente des résistances à tous les antipaludiques donnés en monothérapie.Par conséquent, pour réduire le risque d’échec thérapeutique, l'OMS a recommandé depuis 2001 l’utilisation de bithérapie, notamment d'Artemisinin Combination Therapy (ACT), comme traitement de première intention.Les ACT sont composés essentiellement d’un dérivé d’artéminisine, à demi-vie courte et un autre antipaludique à demi-vie longue, connu en monothérapie.Le parasite a également montré des signes de résistance aux ACT, principalement en Asie du Sud-est, menaçant les programmes d’éradications contre le paludisme.La découverte de nouveaux composés à activité antipaludique ou de nouvelles procédures de traitement sont urgentes.La valorisation d’anciennes molécules est également au cœur des études afin d’améliorer notamment leur biodisponibilité et réverser les mécanismes de résistance du parasite. Ainsi, des études prouvent l’intérêt de l’utilisation de nanotechnologies pour l’amélioration de l’efficacité d’antipaludiques. L’atovaquone en est un exemple, cette modification a notamment permis d’améliorer sa biodisponibilité. Notre étude a porté sur une de ces formulations, de l’atovaquone encapsulée dans une nanoémulsion cationique (NE) appelée ATQ. Une deuxième génération a ensuite été testée par association d’oligonucléotides antisens anti-ARNm de topoisomérase II(AST) de P. falciparum. En effet, des stratégies antisens thérapeutiques font leur preuve en santé humaine et présentent un intérêt croissant en parasitologie. Les NE/AST ont montré une activité anti-palustre spécifique contre P. falciparum in vitro. Leur spécificité a permis d’aboutir à l’arrêt du cycle cellulaire et une forte diminution du taux d’ARNm de la topoisomérase II. Ce phénomène a montré être dépendant de l’action de la RNase H. Un effet synergique de ces NE/AST a également été montré en association avec la chloroquine, l’atovaquone et la dihydroartémisinine sur une souche sensible de P. falciparum et des souches résistantes aux antipaludiques précédemment cités.L’ATQ a également montré une forte efficacité sur une souche résistante à l’atovaquone d’un facteur 5. En présence d’ATQ, la mitochondrie a rapidement été altérée conduisant à une mort précoce du parasite. Un traitement à l’ATQ a abouti à la guérison de souris Swiss infectée par P. berghei après deux injections en i.v. en 5 jours. Enfin, l’ATQ/AST a montré une efficacité in vitro contre P. falciparum et P. berghei in vivo. Un test de cytoadhérance des hématies parasitées a des cellules endothéliales a révélé un fort pourvoir d’inhibition de la cytoadhérance de l’ATQ/AST.Un résultat prometteur dans le cadre de traitement du neuropaludisme. / According to the estimations of theWHO, in 2015, 212million cases ofmalariahave been reported(WHO,2016). These figuresmakemalariathe most deadlyparasitic diseasein the world, with429.000deaths per year. Some treatments against Plasmodium falciparum exist. However, no really good treatment option can be found in monotherapy due to the resistance emergency. Therefore To reduce the risk of resistance, WHO has recommended since 2001 combination therapies, which is basically an Artemisinin Combined Therapy (ACT), as first-line treatment. The main problem of commercialized bi-therapy is that they are composed of two molecules with individual resistance which leaded to the emergence of resistance to the latest ACTs such as a dihydroartemisinin /piperaquine combinationmainly in South-East Asia.Thus the use of new therapeutic combination strategy that can bypass the parasites' mechanisms of resistance is urgent to effectively treat malaria. As the pathway from drug discovery to drug commercialization is both long and very expensive, it is essential to develop ways to improve existing antimalarial treatments. In the first place it’s necessary to find a new antimalarial formulation based on an already commercialized drug to modify its biodisponibility and its mechanism of action in order to revert the resistance. In the second place its necessary to associate this formulation with a novel none commercialized antimalarial strategy such as the antisens oligonucleotides already usedinhumanhealth. In our lab we have developed nanoemulsions containing atovaquone and antisense oligonucleotides anti topoisomerase II against P. falciparum.Nanoemulsionsvectoringantisens oligonucleotidesandused againstP. falciparum topoisomerase II(NE/AST) showed encouraging anti-parasite killing results.Additionalresultshave showna synergistic in vitro effectwithantimalarial drugs(chloroquine, dihydroartemisinin and atovaquone) in sensitive and resistances strains. Moreover NE/ASTrestricted Topoisomerase II gene expression and blocked the cell cycle in G2/M phase leading to parasite’s death by mitophagy.As Drug delivery systemscan improve the efficacy ofcommon antimalarial drugs by delivering the drug to its target, while protecting it from degradation in biological environment and increasing its biodisponibility, our nanoemulsions containing atovaquone (ATQ) leaded to reversion of atovaquone resistance with 5 fold decrease in its IC50. Observations made with confocal microscopy have shown mitochondrial alteration after ATQ treatment.Our novel and original bi-therapy is focused on the association ofATQ with NE/AST (ATQ/AST).We obtained an IC50 8-fold lower than atovaquone’s IC50with total inhibition of parasites’ capacity to reinfect new red blood cells. A cytoadherence test of parasitized erythrocytes to endothelial cells revealed a strong capacity of cytoadherence inhibition of ATQ / AST, a promising result in the treatment of cerebral malaria.

Die Graft-versus-host-Disease (GvHD) zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Gewebetransplantation (Transplantation des Knochenmarks) die transplantierten Zellen des Donors vom Empfänger abgestoßen werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein möglicher gentherapeutischer Ansatz mittels Nutzung von Oligonukleotiden untersucht. Diese beruhen u.a. auf der Inaktivierung reifer T-Zellen des Spenders, welche Gewebe als fremd erkennen und schwere Entzündungen hervorrufen. Die Aktivierung der T-Zellen erfolgt über die Bindung des CD4-Moleküls und des kostimulatorischen Rezeptors CD28 an den MHCII Komplex von antigen-präsentierenden Zellen des Empfängers. Die Inaktivierung der CD4 und CD28 Gene, und somit die Hemmung der T-Zellaktivität des Spenders, erfolgte durch antisense Oligonukleotide (AONs) und durch small interfering RNAs (siRNA). Zur effizienten und sicheren Einschleusung (Transfektion) der Oligonukleotide in die Zielzellen wurden Nanopartikel verwendet. Die Wirkung wurde zunächst in vitro an murinen und humanen Zellen und anschließend in vivo an einem GvHD-Mausmodell (allogen, transgen) untersucht. In den Mausmodellen wurden weiterhin zwei Applikationsschemata gewählt, zum einen die Behandlung der Spenderzellen ex vivo und zum anderen die direkte i.p.Applikation der Oligonukleotide in die Maus. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Eine verminderte Expression der Oberflächenmoleküle CD4 und CD28 erfolgte nach Gabe zweier funktioneller AONs mit muriner Sequenz, in vitro. In murinen Milzzellen ließ sich durch diese beiden funktionellen AONs die Produktion der pro-inflammatorischen Zytokine Interferon γ (IFNγ) und Tumornekrosefaktor α (TNFα) hemmen. Zusätzlich bewirkte der Einsatz eines AON und einer siRNA mit einer funktionellen humanen Sequenz eine Hemmung der CD4 Expression in humanen PBMCs. Insbesondere die kombinierte Behandlung mit a-CD4 und a-CD28 AONs zeigte im murinem allogenen GvHD Modell einen signifikant positiven Effekt auf das Überleben sowie die Krankheitssymptome der Versuchstiere. Der positive Effekt konnte ebenso durch eine Reduktion von pro-inflammatorischen Zytokinen und einer verminderten Expression der Oberflächenmoleküle CD4 und CD28 bestätigt werden. Ähnlich wie das allogene Modell zeigte auch das CD4 transgene Modell positive Effekte hinsichtlich des Überlebens und der Herunterreglierung pro-inflammatorischer Zytokine. Anschließend erfolgten Studien zur Lokalisation (Biodistribution) der Nanopartikel-Nukleinsäure-Komplexe und die Untersuchung der Seren auf allgemeine Leber- und Nieren-toxische Schäden. Sie führten zu folgenden Ergebnissen: Unabhängig von der Applikationsart (i.p. und i.v.) befanden sich nach 24h die Komplexe hauptsächlich in der Lunge. Ebenfalls ließen sich relevante Mengen im Knochenmark und im Dünndarm der transplantierten Tiere nachweisen. Diese beiden Gewebe sind besonders interessant für therapeutische Ansätze zur Behandlung einer aufkommenden GvHD. Unabhängig von der Art der Komplexierung (AON ± PEI) wurde ein Anstieg Anstieg der Aspartat-Aminotransferase (lebertoxischer Parameter) und Glukose beobachtet. Generell scheint die Behandlung der GvHD mittels Oligonukleotide erfolgreich zu sein, neben der geigneten funktionellen Sequenz muss jedoch die chemische Modifikation der Oligonukleotide und die zielgerichtete Biodistribution in vivo evaluiert werden.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis ......................................................................................... iii 1 Einleitung ................................................................................................ 1 1.1 Prinzipien der Gentherapie ................................................................. 1 1.1.1 Mechanismen der Gentherapie ....................................................... 2 1.1.2 Methoden des Transfers therapeutischer Nukleinsäuren ................ 8 1.2 Graft-versus-Host-Disease .................................................................. 11 1.2.1 Pathologie ....................................................................................... 11 1.2.2 Klinik und Methoden zur Behandlung der GvHD ............................. 14 1.2.3 GvHD-Modelle ................................................................................. 17 1.3 Zielstellung........................................................................................... 19 2 Material & Methoden ................................................................................ 20 2.1 Design funktioneller Oligonukleotide .................................................... 20 2.2 In vitro Zellkultur .................................................................................. 21 2.2.1 Zelllinien und primäre Immunzellen ................................................. 21 2.2.2 Stimulation und Transfektion ........................................................... 23 2.3 In vivo GvHD Modell ............................................................................ 24 2.3.1 Zeitlicher Ablauf und Durchführung ................................................. 25 2.3.2 Begleitendes klinisches Monitoring & Probenentnahme ................. 29 2.4 Funktionellen Messungen .................................................................... 30 2.4.1 Quantitative mRNA Expression ....................................................... 30 2.4.2 Proliferationstest ............................................................................. 33 2.4.3 Differentialblutbild ............................................................................ 34 2.4.4 Histologie ........................................................................................ 35 2.4.5 Serummessung ............................................................................... 36 2.4.6 Durchflußzytometrie ........................................................................ 37 2.5 Statistik ................................................................................................ 39 3 Ergebnisse ............................................................................................... 40 3.1 Anwendung funktioneller Oligonukleotide in vitro ................................ 40 3.2 Anwendung funktioneller Oligonukleotide in vivo ................................. 49 3.2.1 Indirekte ex vivo Applikation ............................................................ 50 3.2.2 Direkte in vivo Applikation im murinem allogenen Modell ............... 69 3.3 Pharmakologie in vivo applizierter Nukleinsäure-Komplexe ............ 77 3.3.1 Biodistribution .................................................................................. 77 3.3.2 Toxikologie ...................................................................................... 81 4 Diskussion ............................................................................................... 85 4.1 Anwendung funktioneller Oligonukleotide in vitro ................................ 85 ii 4.2 Indirekte ex vivo Applikation zur Prävention der GvHD ....................... 89 4.2.1 allogenes Tiermodell ....................................................................... 89 4.2.2 transgenes Tiermodell ..................................................................... 93 4.3 Therapeutischer anti-GvHD Oligonukleotid-basierter Ansatz (in vivo Applikation) .......................................................................................... 94 4.4 Biodistribution applizierter Oligonukleotide .......................................... 96 4.5 Untersuchung unspezifischer Toxizität nach in vivo Applikation .......... 98 Zusammenfassung der Arbeit ............................................................................. 101 Anhang ................................................................................................................. vii 5 Literaturverzeichnis .................................................................................. xxi 6 Tabellenverzeichnis ................................................................................. xxxiv 7 Abbildungsverzeichnis ............................................................................. xxxiv

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24192号 / 医博第4886号 / 新制||医||1060(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 萩原 正敏, 教授 森信 暁雄, 教授 遊佐 宏介 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24996号 / 医博第5030号 / 新制||医||1069(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 齊藤 博英, 教授 滝田 順子, 教授 小川 誠司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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