The problem of finding targeted medicine is a central problem in chemotherapy. From this point of view the ubiquitin-proteasome system is a highly promising object in the pharmaceutical approach. Proteasome plays a critical role in cellular protein degradation, cell cycle and apoptosis regulation. Proteasome inhibitors are substances blocking the actions of proteasome. Cancer cells are more sensitive to inhibition of the ubiquitin-proteasome system than normal cells. Therefore proteasome inhibitors have the potential to be successfully used in the cancer treatment. The study aimed to test various substances to identify possible proteasome inhibitors with the IncuCyteTM FLR image system and fluorometric microculture cytotoxicity assay. Using the IncuCyte FLR method allows for detecting changes in the molecular processes of living cells. To make proteasome inhibition visible the model cell line MelJuSoUbG76V-YFP is used which helps to detect alterations in proteasome activity by means of the yellow fluorescent protein enrichment in cells as a response to proteasome inhibition. Fluorometric microculture cytotoxicity assay is a method for the determination of cytotoxicity in human tumor cells. The study showed that substance #25 possessed a proteasome inhibitory capacity in a dose-dependent manner as demonstrated with the IncuCyte FLR image system. According to the fluorometric microculture cytotoxicity assay, substance #1 was the most stable and toxic. Substances #2 and #185 had selective toxicity against cancer cells and lower effects against normal cells. Combining IncuCyte FLR and fluorometric microculture cytotoxicity assay allows finding substances which act as proteasome inhibitors with high toxic effect.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20563号 / 医博第4248号 / 新制||医||1022(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 生田 宏一, 教授 髙折 晃史, 教授 前川 平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Obwohl fetale Mißbildungen seit langem bekannt sind, wird eine intensive Prüfung von Arzneimitteln und anderen Substanzen erst seit den 1960er Jahren durchgeführt. Dem Tierschutzbericht von 2001 ist zu entnehmen, daß im Jahr 1999 insgesamt etwa 1,6 Millionen Wirbeltiere zu Versuchszwecken benötigt wurden. Als mögliche Alternative zu Untersuchungen mit Säugetieren wurde ein Testmodell mit Embryonen des Zebrabärblings (D. rerio) entwickelt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu klären, ob sich mit den Embryonen von Danio rerio ein teratogenes Potential von Substanzen erkennen und quantifizieren läßt. Dazu wurde DarT (?Danio rerio Teratogenicity Assay?) als Teratogenitäts-Screening Test entwickelt. Es können anhand von toxikologischen Endpunkten sowohl die letalen als auch die subletalen Wirkungen von Substanzen bestimmt werden. Darüber hinaus werden anhand von teratogenen Endpunkten speziell Malformationen erfaßt. Der Vergleich der beobachteten Effekte und der daraus berechneten Wirkkonzentrationen gestattet eine Einschätzung des teratogenen Potentials von Substanzen. Die im DarT erzielten Ergebnisse werden mit der bekannten Zuordnungen des ?säugerteratogenen? Potentials verglichen. Für 88 % der getesteten Substanzen gibt DarT die aus säugertoxikologischen Untersuchungen bekannten Einordnungen hinsichtlich des teratogenen Potentials wieder. Für 10 % der Testsubstanzen wurde das teratogene Potential zu hoch, für 2 % zu niedrig eingeschätzt. Mit dem Testsystem ?Danio rerio Teratogenicity Assay ? DarT? ist ein Vergleich von Substanzen hinsichtlich ihres teratogenen und allgemein toxischen Potentials möglich. In einem Modell können Wirkkonzentrationen und Konzentrations-Wirkungs-Beziehung ermittelt und direkt verglichen werden. Mit DarT kann eine große Anzahl von Substanzen zeit- und kostengünstig untersucht werden. Die aus Untersuchungen mit Säugetieren bekannten Zuordnungen der teratogenen Potentiale von Substanzen wird gut wiedergegeben.

Obwohl fetale Mißbildungen seit langem bekannt sind, wird eine intensive Prüfung von Arzneimitteln und anderen Substanzen erst seit den 1960er Jahren durchgeführt. Dem Tierschutzbericht von 2001 ist zu entnehmen, daß im Jahr 1999 insgesamt etwa 1,6 Millionen Wirbeltiere zu Versuchszwecken benötigt wurden. Als mögliche Alternative zu Untersuchungen mit Säugetieren wurde ein Testmodell mit Embryonen des Zebrabärblings (D. rerio) entwickelt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu klären, ob sich mit den Embryonen von Danio rerio ein teratogenes Potential von Substanzen erkennen und quantifizieren läßt. Dazu wurde DarT (?Danio rerio Teratogenicity Assay?) als Teratogenitäts-Screening Test entwickelt. Es können anhand von toxikologischen Endpunkten sowohl die letalen als auch die subletalen Wirkungen von Substanzen bestimmt werden. Darüber hinaus werden anhand von teratogenen Endpunkten speziell Malformationen erfaßt. Der Vergleich der beobachteten Effekte und der daraus berechneten Wirkkonzentrationen gestattet eine Einschätzung des teratogenen Potentials von Substanzen. Die im DarT erzielten Ergebnisse werden mit der bekannten Zuordnungen des ?säugerteratogenen? Potentials verglichen. Für 88 % der getesteten Substanzen gibt DarT die aus säugertoxikologischen Untersuchungen bekannten Einordnungen hinsichtlich des teratogenen Potentials wieder. Für 10 % der Testsubstanzen wurde das teratogene Potential zu hoch, für 2 % zu niedrig eingeschätzt. Mit dem Testsystem ?Danio rerio Teratogenicity Assay ? DarT? ist ein Vergleich von Substanzen hinsichtlich ihres teratogenen und allgemein toxischen Potentials möglich. In einem Modell können Wirkkonzentrationen und Konzentrations-Wirkungs-Beziehung ermittelt und direkt verglichen werden. Mit DarT kann eine große Anzahl von Substanzen zeit- und kostengünstig untersucht werden. Die aus Untersuchungen mit Säugetieren bekannten Zuordnungen der teratogenen Potentiale von Substanzen wird gut wiedergegeben.

Influenza virus causes severe respiratory infections in birds and mammals and it is responsible for up to half a million deaths of human beings worldwide each year. Two molecular targets in influenza viral life cycle, neuraminidase and M2 proton channel are exploited in treatment. However, the recent emergence of new pandemic type along with increasing resistance against approved drugs has urged the need for a new drug target discovery and potential search of its inhibitor. Recently, an interesting protein-protein interaction between two subunits PA and PB1 of influenza A viral polymerase has been identified by X-ray crystallography as a new promising drug target. The fact that relatively few residues drive the binding and that the binding interface is highly conserved presents an intriguing possibility to identify antiviral lead compounds effective against all subtypes of influenza A virus. In our laboratory, we expressed and purified two fusion tag constructs of the recombinant C-terminal domain of polymerase acidic subunit (CPA) from the pandemic isolate A/California/07/2009 H1N1. First, GST-CPA fusion protein was used for kinetic evaluation of PA-PB1 interaction by surface plasmon resonance. Moreover, this construct was used in the development of high-throughput screening method for search of...

La transcétolase (TK, EC 2.2.1.1) est une enzyme catalysant la formation de cétoses de configuration D-thréo à partir d’aldéhydes α-hydroxylés (2R), par formation stéréospécifique d’une liaison C-C. L’objectif de ces travaux est d’inverser l’énantiosélectivité de cette enzyme par ingénierie afin d’obtenir des cétoses L-érytho (recherchés pour leurs applications potentielles dans les domaines pharmaceutique et/ou nutritionnel) à partir d’aldéhydes α-hydroxylés (2S). Dans ce but, une TK thermostable (mTKgst) issue de la bactérie thermophile Geobacillus stearothermophillus a d’abord été identifiée et produite. L’étude de sa structure tridimensionnelle a permis d’identifier deux résidus du site actif ayant un rôle potentiel dans l’inversion de son énantiosélectivité : Leu382 et Asp470. Des banques demTKgst mutées ont alors été créées, selon deux stratégies : rationnelle et semi-rationnelle. La première a consisté à muter les deux résidus sélectionnés par mutagenèse par saturation de site, tandis que la seconde a consisté à modifier deux séquences de cinq résidus contigus à aux positions clés, selon la mutagenèse par cassette. Afin d’identifier les mTKgst mutées d’intérêt, un test de criblage à haut-débit a été mis au point, basé sur le suivi pH-métrique de la réaction en présence de rouge de phénol. A l’issue du criblage, le variant mTKgst-L382D/D470S a été mis en évidence. Son activité vis-à-vis d’un aldéhyde modèle de configuration (2S) a été augmentée d’un facteur 5 par rapport à l’enzyme sauvage et la perte de l’énantiosélectivité vis-à-vis desaldéhydes (2R) a été confirmée. / Transketolase (TK, EC 2.2.1.1) catalyzes the formation of D-threo ketoses from (2R)-α-hydroxyaldehydes by the stereospecific formation of a C-C bond. Our aim was to invert the enantioselectivity of TK by protein engineering in order to obtain L-erytho ketoses (sought after for their potential pharmaceutical and/or nutritional applications) from (2S)-α-hydroxyaldehydes. For that purpose, a thermostable TK from thermophilic bacterium Geobacillus stearothermophilus (mTKgst) has been identified and overexpressed. After the study of the 3D-structure of mTKgst, two residues located in its active site (Leu382 and Asp470) were selected as mutation targets for the inversion of the enzyme’s enantioselectivity. Both rational and semi-rational approaches were considered for the construction of the mutant mTKgst libraries. In the former, the two residues were modified by site-saturation mutagenesis. In the latter, short sequences of five amino acids, neighboring target ones, were modified using a cassette mutagenesis technique. A novel continuous pH-based assay has been developed for the high-throughput screening of the mTKgst libraries, using phenol red as pH indicator. The screening revealed mTKgst-L382D/D470S as the top mutant, showing a 5-fold activity improvement towards a model (2S)-hydroxyaldehyde and the loss of enantioselectivity towards the (2R)-aldehyde.

Influenza virus causes severe respiratory infections in birds and mammals and it is responsible for up to half a million deaths of human beings worldwide each year. Two molecular targets in influenza viral life cycle, neuraminidase and M2 proton channel are exploited in treatment. However, the recent emergence of new pandemic type along with increasing resistance against approved drugs has urged the need for a new drug target discovery and potential search of its inhibitor. Recently, an interesting protein-protein interaction between two subunits PA and PB1 of influenza A viral polymerase has been identified by X-ray crystallography as a new promising drug target. The fact that relatively few residues drive the binding and that the binding interface is highly conserved presents an intriguing possibility to identify antiviral lead compounds effective against all subtypes of influenza A virus. In our laboratory, we expressed and purified two fusion tag constructs of the recombinant C-terminal domain of polymerase acidic subunit (CPA) from the pandemic isolate A/California/07/2009 H1N1. First, GST-CPA fusion protein was used for kinetic evaluation of PA-PB1 interaction by surface plasmon resonance. Moreover, this construct was used in the development of high-throughput screening method for search of...

La transcétolase thermostable de Geobacillus stearothermophilus (TKgst, EC 2.2.1.1) permet de synthétiser efficacement à haute température des cétoses à 4, 5 et 6 atomes de carbone de configuration d-thréo (3S, 4R), par formation stéréosélective d’une liaison C-C, à partir d’aldéhydes α-hydroxylés (2R) à courte chaîne. L’objectif de ces travaux est d’utiliser la TKgst à 60°C pour gagner en efficacité et étendre son spectre de substrats à de nouveaux donneurs et accepteurs par Evolution dirigée, selon une approche semi-rationnelle, basée sur la mutagenèse par saturation de site. Ainsi, à l’issue du criblage des banques générées, les TKgst mutées les plus performantes (L382D/D470S, L191I, L382F/F435Y, R521Y/H462N et R521V/S385D/H462S) ont été sélectionnées pour leurs activités spécifiques supérieures à celle de la TKgst sauvage (gain de 3,3 à 5) vis-à-vis d’aldéhydes α-hydroxylés (2S) et d’aldéhydes α-hydroxylés (2R) à longue chaîne polyhydroxylée (C5-C6). La TKgst sauvage, ainsi que ces TKgst mutées performantes ont permis d’obtenir, à 60°C, onze cétoses, dont neuf de configuration l-érythro (3S, 4S) à 5 à 6 atomes de carbone et de configuration d-thréo (3S, 4R) de 4 à 8 atomes de carbone d’intérêt biologique, avec de très bons rendements, quatre étant inaccessibles avec les TKs microbiennes utilisées jusqu’alors. D’autres TKgst mutées ont par ailleurs conduit à une amélioration significative de l’activité de la TKgst vis-à-vis d’aldéhydes aliphatiques et aromatiques, mais également vis-à-vis d’un nouveau substrat donneur, l’acide pyruvique et d’analogues, ouvrant le champs des applications aux 1-désoxycétoses. De plus, ces travaux ont permis de développer un procédé multi-enzymatique innovant et éco-comptatible, dans lequel les substrats donneurs et accepteurs de la TKgst sont générés par voie enzymatique, via l’utilisation d’une transaminase ou d’une d-aminoacide oxydase et d’une aldolase, à partir de composés naturels et peu coûteux. Cette stratégie pourra être appliquée aux TKgst mutées, afin d’accéder efficacement et à moindre coût, à d’autres cétoses rares hautement valorisables. / Thermostable transketolase from Geobacillus stearothermophilus (TKgst, EC 2.2.1.1) catalyzes efficiently the synthesis of d-threo (3S, 4R) ketoses having 4, 5 and 6 carbon atoms, by the stereoselective formation of a new C-C bond, from short chain (2R)-α-hydroxylated aldehydes. The aim of this work is to use TKgst at 60°C, in order to increase reaction rates and to broad its substrate scope to new donors and acceptors by Directed Evolution, according to a semi-rationnal approach, based on site saturation mutagenesis. Thus, the screening of the libraries led to TKgst variants (L382D/D470S, L191I, L382F/F435Y, R521Y/H462N and R521V/S385D/H462S) having significantly improved specific activities towards (2S)-α-hydroxylated aldehydes and (2R)-α-hydroxylated aldehydes having a long polyhydroxylated chain (C5-C6), compared to wild type TKgst (3,3 to 5-fold increased activity). Wild-type TKgst as well as these TKgst variants were used, at 60°C, to obtain eleven, including nine l-erythro (3S, 4S) ketoses having 5 and 6 carbon atoms and d-threo (3S, 4R) ketoses having from 4 to 8 carbon atoms of biological interest, with good yields, four being inaccessible using common TK sources. Besides, other TKgst variants led to significantly improved activities towards hydrophobic aldehydes and towards a new donor substrate, pyruvic acid and derivatives, extending TKgst product scope to 1-deoxyketoses. In addition, a multienzymatic innovative and environmentally friendly process, in which TKgst substrates are generated through enzymatic pathways, using a transaminase or a d-aminoacid oxidase and an aldolase, from non-expensive and natural compounds was developed, in the presence of wild-type TKgst and will be able to be applied to TKgst variants, in order to synthesize efficiently and at lower cost, other highly valuable rare ketoses.