Hepatitis C Virus: Structural Insights into Protease Inhibitor Efficacy and Drug Resistance: A Dissertation

The Hepatitis C Virus (HCV) is a global health problem as it afflicts an estimated 170 million people worldwide and is the major cause of viral hepatitis, cirrhosis and liver cancer. HCV is a rapidly evolving virus, with 6 major genotypes and multiple subtypes. Over the past 20 years, HCV therapeutic efforts have focused on identifying the best-in-class direct acting antiviral (DAA) targeting crucial components of the viral lifecycle, The NS3/4A protease is responsible for processing the viral polyprotein, a crucial step in viral maturation, and for cleaving host factors involved in activating immunity. Thus targeting the NS3/4A constitutes a dual strategy of restoring the immune response and halting viral maturation. This high priority target has 4 FDA approved inhibitors as well as several others in clinical development. Unfortunately, the heterogeneity of the virus causes seriously therapeutic challenges, particularly the NS3/4A protease inhibitors (PIs), which suffer from both the rapid emergence of drug resistant mutants as well as a lack of pan-genotypic activity. My thesis research focused on filling two critical gaps in our structural understanding of inhibitor binding modes. The first gap in knowledge is the molecular basis by which macrocyclization of PIs improves antiviral activity. Macrocycles are hydrophobic chains used to link neighboring chemical moieties within an inhibitor and create a structurally pre-organized ligand. In HCV PIs, macrocycle come in two forms: a P1 - P3 and P2 - P4 strategy. I investigated the structural and thermodynamic basis of the role of macrocyclization in reducing resistance susceptibility. For a rigorous comparison, we designed and synthesized both a P1 - P3 and a linear analog of grazoprevir, a P2 - P4 inhibitor. I found that, while the P2 - P4 strategy is more favorable for achieving potency, it does not allow the inhibitor sufficient flexibility to accommodate resistance mutations. On the other hand, the P1 - P3 strategy strikes a better balance between potency and resistance barrier. The second gap my thesis addresses is elucidating the structural basis by which highly potent protease inhibitors function in genotype 1 but not in genotype 3, despite having an 87% sequence similarity. After mapping the amino acids responsible for this differential efficacy in genotypes 1 and 3, I engineered a 1a3a chimeric protease for crystallographic studies. My structural characterization of three PIs in complex with both the 1a3a and genotype 1 protease revealed that the loss of inhibitor efficacy in the 1a3a and GT-3 proteases is a consequence of disrupted electrostatic interactions between amino acids 168 and 155, which is critical for potent binding of quinoline and isoindoline based PIs. Here, I have revealed details of molecular and structural basis for the lack of PI efficacy against GT-3, which are needed for design of pan-genotypic inhibitors

Restauration de plages nues d’une brousse tachetée au Niger

Un essai de restauration de plages nues dfune brousse tachetee degradee du Parc National du W au sudouest du Niger a ete installe en 2007. Cet article etablit le bilan de cette restauration realisee par la plantation dfespeces locales dans des ouvrages antierosifs du type tranchees sylvopastorales. Dans la zonetemoin et dans la zone mise en defens par une cloture, le taux de survie des plants mis en place, leur croissance en hauteur et en diametre, la composition et la diversite floristique des herbacees ont ete suivis pendant trois ans (2007-2009). Lfeffet des ouvrages antierosifs sur lfhumidite du sol a ete evalue pendant lapremiere annee. Les analyses demontrent une amelioration nette des conditions ecologiques du site dfexperimentation, qui evolue progressivement vers lfetat dfune brousse tachetee, qui est lfecosysteme de reference. Lfamelioration de lfhumidite du sol induit des conditions beaucoup plus favorables pour la couverture vegetale. La richesse floristique dans la zone-temoin est passee en trois annees de 16 a 49, la diversite ƒ¿ de 2,1 a 4,42 et lfequitabilite de Pielou de 0,59 a 0,78. Dans la zone cloturee (mise en defens), la richesse floristique, la diversite ƒ¿ et lfequitabilite de Pielou sont respectivement passees en trois ans de 14 a 43, de 2,26 a 4,22 et de 0,53 a 0,79, ce qui traduit une amelioration progressive de la flore. Acacia senegal et Bauhinia rufescens ont enregistre les plus forts taux de survie et les plus importantes croissances en hauteur et en diametre. Les mortalites elevees des A. seyal et Ziziphus mauritiana sont vraisemblablement liees a la forte concentration de rongeurs que la presence dfune cloture ne gene guere. La pose couteuse dfune cloture nfest efficace que contre les grands mammiferes, ce qui se traduit toujourspar une croissance en diametre et en hauteur superieure pour la zone cloturee.Mots-cles : restauration ecologique, brousse tachetee, Acacia senegal, Acacia seyal, Bauhinia rufescens, Ziziphus mauritiana, ouvrage antierosif

Proliferation de Sida cordifoloia L. sure les parcours Saheliens, cas du Niger

RESUMECette étude vise à caractériser la prolifération de Sida cordifolia L. sur les parcours naturels au Niger. Les données, collectées au moyen de relevés phytosociologiques, ont permis de caractériser par zone bioclimatique, l’abondance et la dominance des espèces herbacées en mettant en exergue Sida cordifolia L. Une typologie des pâturages faite en fonction de leur degré de colonisation par cette espèce a permis de distinguer trois types de pâturage : les pâturages colonisés (fortement ou moyennement, faiblement), tous situés au sud et ou au centre de la région en zone agricole ouagropastorale, soumis à une très forte pression pastorale et les pâturages non colonisés par cette espèce, essentiellement situés au nord de la région en zone pastorale, soumis à une faible pression animale. La pression pastorale serait la cause principale de la prolifération de Sida cordifolia L. sur ces parcours. Ainsi, les pâturages non ou faiblement colonisés seraient fortement colonisés si la pression de pâture ne diminue pas. Il est donc nécessaire d’adapter la charge animale aux capacités de charge de ces pâturages afin de renverser cette tendance à la dégradation de ces écosystèmes pastoraux et améliorer leur valeur pastorale. ABSTRACTPROLIFERATION OF SIDA CORDIFOLIA L. ON SAHELIAN RANGELANDS, CASE OF NIGERThis study aims to characterize the proliferation of Sida cordifolia L. on natural rangelands in Niger. The data, collected by phytosociological surveys, made it possible to characterize by abundance and dominance of herbaceous species by bioclimatic zone, highlighting Sida cordifolia L. A typology of pastures made according to their degree of colonization by this species made it possible to distinguish three types of pasture: colonized pastures (strongly or moderately, weakly), all located in the south and or in the center of the region in agricultural or agro-pastoral zones, subjected to very strong pastoral pressure and pastures not colonized by this species, mainly located in the north of the region in pastoral areas, subject to low animal pressure. Pastoral pressure is the main cause of the proliferation of Sida cordifolia L. on these rangelands. Thus, non-colonized or poorly colonized pastures would be strongly colonized if the pasture pressure does not decrease. It is therefore necessary to adapt the animal load to the carrying capacity of these pastures in order to reverse this deteriorating tendency of these pastoral ecosystems and improve their pastoral value

Impacts des activités socio-économiques sur les ressources en eau du barrage de Tera au Niger

Situé dans le Liptako nigérien, en zone de socle, où les ressources en eau souterraines sont limitées, le département de Téra et, en particulier, son chef lieu, la ville de Téra, est confrontée à un problème aigu d’approvisionnement en eau potable des populations. Aussi, comme solution à ce manque d’eau qui bloque toutes les activités socioéconomiques de la ville, on a réalisé en 1978 le barrage de Téra, dans le cadre de la coopération Nigéro-chinoise. Cependant, la réalisation du réseau d’adduction en eau potable (AEP), a accusé un grand retard dans sa mise en oeuvre. Aussi, les Hautes Autorités du Niger, ont autorisé en 1985, l’utilisation de l’eau du barrage pour l’irrigation, les besoins domestiques, la pêche, etc. L’analyse de ces différentes activités socioéconomiques, développées autour du barrage, montre que celles-ci ont eu des impacts négatifs aussi bien sur la quantité que sur la qualité des eaux du barrage, dont entre autres, les phénomènes d’ensablement/envasement et de pollution.Par ailleurs, cette étude montre que les différents usages de l’eau du barrage sont des sources de revenus substantiels pour plusieurs ménages, leur permettant de lutter contre l’insécurité alimentaire et la pauvreté. Aussi, compte tenu des menaces graves qui posent sur les ressources en eau du barrage, jouant désormais un rôle socioéconomique pour la population de Téra, voire de la Commune de Téra, il paraît urgent d’entreprendre des actions pour une gestion rationnelle et durable des ressources en eau du barrage de Téra, c'est-à-dire, promouvoir au niveau du barrage, la Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE), approche adoptée par l’Etat nigérien pour la gestion des ressources hydriques du pays.Mots-clés : Liptako nigérien, AEP, usages des eaux barrage, pollution GIRE, AEP, Téra

Vegetation and plant diversity pattern study of Central Eastern Niger grasslands

Vegetation and plant diversity patterns of Central Eastern Niger grasslands were investigated following phytosociological methods. Vegetation data collected on 76 plots by using the Braun-Blanquet’s (1932) coverabundance scale were analyzed through five multivariate analyses (TWINSPAN, NMS, DCA, ISA and MRPP) in order to distinguish and to describe plant communities. Alpha diversity (H’, E and R) was also used to describe these communities. A total of 162 species belonging to 37 families and 104 genera were identified. Dominant families were the Poaceae (18%), Leguminosae-Papilionoideae (8%), Convolvulaceae (7%) and Leguminosae-Caesalpinioideae (4%). Life forms were dominated by Therophytes (59%) and Phanerophytes (27%), whereas the most prominent geoelements were of the Soudano-zambesians-saharo-sindians (33%), Soudano-zambesians (25%) and Guineo-congolian-soudano-zambesians (25%) types. In total, five plant communities were identified on the basis of environmental gradients and species composition. The environmental parameters that favorably influence these plant distributions are topography, moisture, texture and land use (fallow, pasture). Importantly, each of these communities seems to correspond to a particular wildlife habitat. These habitats shelter their own species that may be seen as a keystone species.Keywords: Multivariate analysis, vegetation communities, characteristic species, Central East grassland, Nige

Dengue Virus NS2B/NS3 Protease Inhibitors Exploiting the Prime Side

The mosquito-transmitted dengue virus (DENV) infects millions of people in tropical and subtropical regions. Maturation of DENV particles requires proper cleavage of the viral polyprotein, including processing of 8 of the 13 substrate cleavage sites by dengue virus NS2B/NS3 protease. With no available direct-acting antiviral targeting DENV, NS2/NS3 protease is a promising target for inhibitor design. Current design efforts focus on the nonprime side of the DENV protease active site, resulting in highly hydrophilic and nonspecific scaffolds. However, the prime side also significantly modulates DENV protease binding affinity, as revealed by engineering the binding loop of aprotinin, a small protein with high affinity for DENV protease. In this study, we designed a series of cyclic peptides interacting with both sides of the active site as inhibitors of dengue virus protease. The design was based on two aprotinin loops and aimed to leverage both key specific interactions of substrate sequences and the entropic advantage driving aprotinin\u27s high affinity. By optimizing the cyclization linker, length, and amino acid sequence, the tightest cyclic peptide achieved a Ki value of 2.9 muM against DENV3 wild-type (WT) protease. These inhibitors provide proof of concept that both sides of DENV protease active site can be exploited to potentially achieve specificity and lower hydrophilicity in the design of inhibitors targeting DENV. IMPORTANCE: Viruses of the flaviviral family, including DENV and Zika virus transmitted by Aedes aegypti, continue to be a threat to global health by causing major outbreaks in tropical and subtropical regions, with no available direct-acting antivirals for treatment. A better understanding of the molecular requirements for the design of potent and specific inhibitors against flaviviral proteins will contribute to the development of targeted therapies for infections by these viruses. The cyclic peptides reported here as DENV protease inhibitors provide novel scaffolds that enable exploiting the prime side of the protease active site, with the aim of achieving better specificity and lower hydrophilicity than those of current scaffolds in the design of antiflaviviral inhibitors

Effet des Variables Agro-Écologiques sur la Distribution de la Végétation de la Rôneraie Anthropisée de Dasga au Niger

Cette étude a pour objectif de contribuer à la gestion durable de la rôneraie de Dasga à travers l’analyse de la phytodiversité et des paramètres écologiques influençant la distribution de sa végétation. Les méthodes de relevé phytosociologique et d’analyses multivariées ont été utilisées. Les relevés de la végétation ont été effectués selon l’approche sigmatiste de Braun-Blanquet (1932) et les techniques d’analyses multivariées employées ont été celles relatives à l’analyse factorielle des correspondances détendancées (DCA) et l’analyse canonique des correspondances (CCA). Au total 144 espèces réparties dans 100 genres et 50 familles ont été recensées à partir de 68 relevés. Cette flore a été dominée par une forte présence des thérophytes et d’espèces à large distribution pantropicale et paléotropicale, montrant ainsi un environnement aride et perturbé. Les analyses multivariées (DCA et CCA) ont permis d’identifier les gradients de distribution des plantes. Parmi les variables testées, seules la pente et les cultures se sont revelées déterminantes dans la structuration de la végétation par le test de permutation de Monte Carlo. Ces variables agro-écologiques sembleraient être les paramètres majeurs de la distribution des espèces végétales dans cette rôneraie. Ainsi la compréhension des relations entre la végétation et les paramètres écologiques peut être utilisée comme outil d’aménagement durable des rôneraies au Niger. The objective of this study is to contribute to the sustainable management of the Dasga palm trees forest by analyzing the phytodiversity and ecological parameters guiding the distribution of vegetation. The methods of phytosociological survey and multivariate analyzes were used. The vegetation surveys were carried out according to the sigmatistic approach of Braun-Blanquet (1932) and the multivariate analysis techniques used were those relating to factorial analysis of relaxed correspondence (DCA) and canonical correspondence analysis (CCA). A total of 144 species belonging to 100 genera and 50 families were recorded from 68 plots. This flora is dominated by a strong presence of therophytes and species with broad pantropical and palaeotropical distribution, thusshowing an arid and perturbed environment. The multivariate analyzes (DCA and CCA) sow among the variables tested; only the slope and the crops were determinants in the structuring of the vegetation by the Monte Carlo permutation test. These ecological variables would appear to be the major parameters of species distribution. Thus the understanding of the relationships between vegetation and ecological parameters can be used as a tool for sustainable management of this palm trees forest

Comparison of cowpea and groundnut haulm trading in urban and rural fodder markets in Niger

In West Africa 80% of small holder farmers are living in mixed crop-livestock/agro-pastoral systems..