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Novel inhibitor of Plasmodium histone deacetylase that cures P. berghei-infected mice.

Department of Biochemistry and Molecular Biology, Georgetown University Medical Center, Washington, DC 20057, USA.
Antimicrobial Agents and Chemotherapy (Impact Factor: 4.45). 03/2009; 53(5):1727-34. DOI: 10.1128/AAC.00729-08
Source: PubMed

ABSTRACT Histone deacetylases (HDAC) are potential targets for the development of new antimalarial drugs. The growth of Plasmodium falciparum and other apicomplexans can be suppressed in the presence of potent HDAC inhibitors in vitro and in vivo; however, in vivo parasite suppression is generally incomplete or reversible after the discontinuation of drug treatment. Furthermore, most established HDAC inhibitors concurrently show broad toxicities against parasites and human cells and high drug concentrations are required for effective antimalarial activity. Here, we report on HDAC inhibitors that are potent against P. falciparum at subnanomolar concentrations and that have high selectivities; the lead compounds have mean 50% inhibitory concentrations for the killing of the malaria parasite up to 950 times lower than those for the killing of mammalian cells. These potential drugs improved survival and completely and irreversibly suppressed parasitemia in P. berghei-infected mice.

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Available from: Anatoly Dritschilo, Jan 10, 2015
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    ABSTRACT: La schistosomiase est la deuxième endémie parasitaire mondiale après le paludisme; 200 millions d'individus sont infectés à travers le monde et la morbidité reste élevée (environ 200 000 morts par an) malgré l'utilisation du praziquantel, seule drogue disponible. Cinq espèces de schistosomes infectent l'Homme dont celle que nous étudions, Schistosoma mansoni. Ce parasite possède un cycle de vie complexe, comportant 4 stades de développement morphologiquement distincts et 2 hôtes successifs, un hôte intermédiaire, le mollusque Biomphalaria glabrata et un hôte définitif, l'Homme. Afin de déterminer les mécanismes mis en jeu dans le contrôle du développement du schistosome et de caractériser des cibles potentielles de nouveaux agents chimiothérapeutiques, nous nous intéressons à certains acteurs impliqués dans la régulation génique, et plus particulièrement, les histones déacétylases, ou HDACs. Les HDACs sont des enzymes bien conservées dans le règne du vivant. Elles contrôlent l'expression de 5 à 10% des gènes, majoritairement en réprimant la transcription via la déacétylation des histones. Elles sont réparties en 3 classes, les classes I et II sont composées d'enzymes dont le site catalytique comporte un ion de zinc ; tandis que la classe III est composée des sirtuines, dépendantes du NAD+. Chez le parasite, une partie de nos études porte sur les 3 enzymes de classe I que nous avons identifiées et caractérisées au niveau moléculaire, SmHDAC1, 3 et 8. Ensuite nous avons réalisé une étude fonctionnelle de SmHDAC1 et mis en évidence sa capacité de répression de la transcription en système hétérologue. Puis nous nous sommes intéressés à l'inhibition de l'activité HDAC chez le parasite, grâce à l'utilisation de différents inhibiteurs des classes 1 et 2 des HDACs. Nous avons montré que des parasites cultivés en présence de trichostatine A (TSA) mouraient de manière dose dépendante. Nous avons approfondi notre étude au niveau moléculaire et avons étudié la variation d'acétylation des histones des parasites en présence de TSA et d'acide valproique. Nous avons montré une augmentation de l'acétylation de manière dose-dépendante de l'histone H4. Le traitement par la TSA entraîne la mort de nombreux types cellulaires par apoptose et provoque une surexpression de certains gènes impliqués dans ce processus. Nous avons démontré que ce traitement induit l'apoptose chez des larves maintenues en culture, ainsi qu'une activation des Caspases 3/7. Ensuite, la caractérisation des ADNc des Caspases 3 et 7 nous a permis de montrer par RT-PCR en temps réelle que les transcrits correspondants sont surexprimés après traitement par la TSA, tandis que celle-ci n'a aucun effet sur la transcription de SmHDAC1 et 3. Par la suite, nous avons corrélé cette augmentation avec le taux d'acétylation de H4 sur le promoteur de caspase7. Cette étude sera poursuivie à l'avenir par l'investigation de la relation structure/fonction des HDACs afin de développer des inhibiteurs spécifiques. En parallèle, nous étudions une HDAC de classe III, SmSirt1, que nous avons identifiée et caractérisée. La présence d'une grande insertion dans son domaine catalytique présage des fonctions modifiées par rapport à ses orthologues chez d'autres espèces. Nous souhaitons nous focaliser sur les conséquences de cette insertion spécifique chez S. mansoni. En effet, elle semble être la cible de potentielles modifications post-traductionnelles (site de phosphorylation par PKB/Akt), que nous voulons mettre en évidence. De plus, l'une des fonctions de Sirt1 est l'interaction avec le facteur de transcription FoxO et la régulation de la voie de signalisation insuline dépendante (impliquant PKB/Akt). Par ce biais FoxO et Sirt1 contrôlent le métabolisme, des mécanismes de survie cellulaire et la longévité. Une modification de la fonction de SmSirt1 pourrait être à la base de la durée de vie anormalement longue de S. mansoni. Nous avons donc également réalisé la caractérisation moléculaire de SmFoxO, afin de mettre en évidence son interaction avec Sirt1 ainsi que l'implication de cette interaction dans le contrôle de la transcription de gènes cibles. Par la suite nous étudierons le rôle de Sirt1 et FoxO dans la régulation de la signalisation insuline dépendante sur des parasites en culture
  • Annual reports in medicinal chemistry 01/2010; 45:245-260. DOI:10.1016/S0065-7743(10)45015-0 · 1.19 Impact Factor
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    ABSTRACT: In the burgeoning field of Plasmodium gene expression, there are--to borrow some famous words from a former U.S. Secretary of Defense--"known knowns, known unknowns, and unknown unknowns." This is in itself an important achievement, since it is only in the past decade that facts have begun to move from the third category into the first. Nevertheless, much remains in the middle ground of known or suspected "unknowns." It is clear that the malaria parasite controls vital virulence processes such as host cell invasion and cytoadherence at least partly via epigenetic mechanisms, so a proper understanding of epigenetic transcriptional control in this organism should have great clinical relevance. Plasmodium, however, is an obligate intracellular parasite: it operates not in a vacuum but rather in the complicated context of its metazoan hosts. Therefore, as valuable data about the parasite's basic epigenetic machinery begin to emerge, it becomes increasingly important to relate in vitro studies to the situation in vivo. This review will focus upon the challenge of understanding Plasmodium epigenetics in an integrated manner, in the human and insect hosts as well as the petri dish.
    Eukaryotic Cell 08/2010; 9(8):1150-8. DOI:10.1128/EC.00093-10 · 3.18 Impact Factor