Paired activation of two components within muscarinic M3 receptor dimers is required for recruitment of beta-arrestin-1 to the plasma membrane.

beta-Arrestins regulate the functioning of G protein-coupled receptors in a variety of cellular processes including receptor-mediated endocytosis and activation of signaling molecules such as ERK. A key event in these processes is the G protein-coupled receptor-mediated recruitment of beta-arrestins to the plasma membrane. However, despite extensive knowledge in this field, it is still disputable whether activation of signaling pathways via beta-arrestin recruitment entails paired activation of receptor dimers. To address this question, we investigated the ability of different muscarinic receptor dimers to recruit beta-arrestin-1 using both co-immunoprecipitation and fluorescence microscopy in COS-7 cells. Experimentally, we first made use of a mutated muscarinic M(3) receptor, which is deleted in most of the third intracellular loop (M(3)-short). Although still capable of activating phospholipase C, this receptor loses almost completely the ability to recruit beta-arrestin-1 following carbachol stimulation in COS-7 cells. Subsequently, M(3)-short was co-expressed with the M(3) receptor. Under these conditions, the M(3)/M(3)-short heterodimer could not recruit beta-arrestin-1 to the plasma membrane, even though the control M(3)/M(3) homodimer could. We next tested the ability of chimeric adrenergic muscarinic alpha(2)/M(3) and M(3)/alpha(2) heterodimeric receptors to co-immunoprecipitate with beta-arrestin-1 following stimulation with adrenergic and muscarinic agonists. beta-Arrestin-1 co-immunoprecipitation could be induced only when carbachol or clonidine were given together and not when the two agonists were supplied separately. Finally, we tested the reciprocal influence that each receptor may exert on the M(2)/M(3) heterodimer to recruit beta-arrestin-1. Remarkably, we observed that M(2)/M(3) heterodimers recruit significantly greater amounts of beta-arrestin-1 than their respective M(3)/M(3) or M(2)/M(2) homodimers. Altogether, these findings provide strong evidence in favor of the view that binding of beta-arrestin-1 to muscarinic M(3) receptors requires paired stimulation of two receptor components within the same receptor dimer.

Imatinib plasma concentrations variability in hemato-oncologic patients

Abstract Imatinib (Glivec~ has transformed the treatment and prognosis of chronic myeloid leukaemia (CML) and of gastrointestinal stromal tumor (GIST). However, the treatment must be taken indefinitely and is not devoid of inconvenience and toxicity. Moreover, resistance or escape from disease control occurs. Considering the large interindividual differences in the function of the enzymatic and transport systems involved in imatinib disposition, exposure to this drug can be expected to vary widely among patients. Among those known systems is a cytochrome P450 (CYI'3A4) that metabolizes imatinib, the multidrug transporter P-glycoprotein (P-gp; product of the MDR1 gene) that expels imatinib out of cells, and al-acid glycoprotein (AGP), a circulating protein binding imatinib in the plasma. The aim of this observational study was to explore the influence of these covariates on imatinib pharmacokinetics (PK), to assess the interindividual variability of the PK parameters of the drug, and to evaluate whether imatinib use would benefit from a therapeutic drug monitoring (TDM) program. A total of 321 plasma concentrations were measured in 59 patients receiving imatinib, using a validated chromatographic method developed for this study (HPLC-LTV). The results were analyzed by non-linear mixed effect modeling (NONMEM). A one-compartment pharmacokinetic model with first-order absorption appropriately described the data, and a large interindividual variability was observed. The MDK> polymorphism 3435C>T and the CYP3A4 activity appeared to modulate the disposition of imatinib, albeit not significantly. A hyperbolic relationship between plasma AGP levels and oral clearance, as well as volume of distribution, was observed. A mechanistic approach was built up, postulating that only the unbound imatinib concentration was able to undergo first-order elimination. This approach allowed determining an average free clearance (CL,~ of 13101/h and a volume of distribution (Vd) of 301 1. By comparison, the total clearance determined was 141/h (i.e. 233 ml/min). Free clearance was affected by body weight and pathology diagnosis. The estimated variability of imatinib disposition (17% for CLu and 66% for Vd) decreased globally about one half with the model incorporating the AGP impact. Moreover, some associations were observed between PK parameters of the free imatinib concentration and its efficacy and toxicity. Finally, the functional influence of P-gp activity has been demonstrated in vitro in cell cultures. These elements are arguments to further investigate the possible usefulness of a TDM program for imatinib. It may help in individualizing the dosing regimen before overt disease progression or development of treatment toxicity, thus improving both the long-term therapeutic effectiveness and tolerability of this drug. Résumé L'imatinib (Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de la leucémie myéloïde chronique (LMC) et des tumeurs stromales d'origine digestive (GIST). Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. Par ailleurs, une résistance, ou des échappements au traitement, sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans l'organisme dépend de systèmes enzymatiques et de transport connus pour présenter de grandes différences interindividuelles, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, on note un cytochrome P450 (le CYP3A4) métabolisant l'imatinib, la P-glycoprotéine (P-gp ;codée par le gène MDR1), un transporteur d'efflux expulsant le médicament hors des cellules, et l'atglycoprotéine acide (AAG), une protéine circulante sur laquelle se fixe l'imatinib dans le plasma. L'objectif de la présente étude clinique a été de déterminer l'influence de ces covariats sur la pharmacocinétique (PK) de l'imatinib, d'établir la variabilité interindividuelle des paramètres PK du médicament, et d'évaluer dans quelle mesure l'imatinib pouvait bénéficier d'un programme de suivi thérapeutique (TDM). En utilisant une méthode chromatographique développée et validée à cet effet (HPLC-UV), un total de 321 concentrations plasmatiques a été dosé chez 59 patients recevant de l'imatinib. Les résultats ont été analysés par modélisation non linéaire à effets mixtes (NONMEM). Un modèle pharmacocinétique à un compartiment avec absorption de premier ordre a permis de décrire les données, et une grande variabilité interindividuelle a été observée. Le polymorphisme du gène MDK1 3435C>T et l'activité du CYP3A4 ont montré une influence, toutefois non significative, sur le devenir de l'imatinib. Une relation hyperbolique entre les taux plasmatiques d'AAG et la clairance, comme le volume de distribution, a été observée. Une approche mécanistique a donc été élaborée, postulant que seule la concentration libre subissait une élimination du premier ordre. Cette approche a permis de déterminer une clairance libre moyenne (CLlibre) de 13101/h et un volume de distribution (Vd) de 301 l. Par comparaison, la clairance totale était de 141/h (c.à.d. 233 ml/min). La CLlibre est affectée par le poids corporel et le type de pathologie. La variabilité interindividuelle estimée pour le devenir de l'imatinib (17% sur CLlibre et 66% sur Vd) diminuait globalement de moitié avec le modèle incorporant l'impact de l'AAG. De plus, une certaine association entre les paramètres PK de la concentration d'imatinib libre et l'efficacité et la toxicité a été observée. Finalement, l'influence fonctionnelle de l'activité de la P-gp a été démontrée in nitro dans des cultures cellulaires. Ces divers éléments constituent des arguments pour étudier davantage l'utilité potentielle d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Un tel suivi pourrait aider à l'individualisation des régimes posologiques avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant tant l'efficacité que la tolérabilité de ce médicament. Résumé large public L'imatinib (un médicament commercialisé sous le nom de Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de deux types de cancers, l'un d'origine sanguine (leucémie) et l'autre d'origine digestive. Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. De plus, des résistances ou des échappements au traitement sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans le corps humain (dont l'étude relève de la discipline appelée pharmacocinétique) dépend de systèmes connus pour présenter de grandes différences entre les individus, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, l'un est responsable de la dégradation du médicament dans le foie (métabolisme), l'autre de l'expulsion du médicament hors des cellules cibles, alors que le dernier consiste en une protéine (dénommée AAG) qui transporte l'imatinib dans le sang. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'influence de ces différents systèmes sur le comportement pharmacocinétique de l'imatinib chez les patients, et d'étudier dans quelle mesure le devenir de ce médicament dans l'organisme variait d'un patient à l'autre. Enfin, cette étude avait pour but d'évaluer à quel point la surveillance des concentrations d'imatinib présentes dans le sang pourrait améliorer le traitement des patients cancéreux. Une telle surveillance permet en fait de connaître l'exposition effective de l'organisme au médicament (concept abrégé par le terme anglais TDM, pour Therapeutic Drag Monitoring. Ce projet de recherche a d'abord nécessité la mise au point d'une méthode d'analyse pour la mesure des quantités (ou concentrations) d'imatinib présentes dans le sang. Cela nous a permis d'effectuer régulièrement des mesures chez 59 patients. Il nous a ainsi été possible de décrire le devenir du médicament dans le corps à l'aide de modèles mathématiques. Nous avons notamment pu déterminer chez ces patients la vitesse à laquelle l'imatinib est éliminé du sang et l'étendue de sa distribution dans l'organisme. Nous avons également observé chez les patients que les concentrations sanguines d'imatinib étaient très variables d'un individu à l'autre pour une même dose de médicament ingérée. Nous avons pu aussi mettre en évidence que les concentrations de la protéine AAG, sur laquelle l'imatinib se lie dans le sang, avait une grande influence sur la vitesse à laquelle le médicament est éliminé de l'organisme. Ensuite, en tenant compte des concentrations sanguines d'imatinib et de cette protéine, nous avons également pu calculer les quantités de médicament non liées à cette protéine (= libres), qui sont seules susceptibles d'avoir une activité anticancéreuse. Enfin, il a été possible d'établir qu'il existait une certaine relation entre ces concentrations, l'effet thérapeutique et la toxicité du traitement. Tous ces éléments constituent des arguments pour approfondir encore l'étude de l'utilité d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Comme chaque patient est différent, un tel suivi pourrait aider à l'ajustement des doses du médicament avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant ainsi tant son efficacité que son innocuité.

Urinary and plasma catecholamines and metanephrines in dogs with pheochromocytoma, hypercortisolism, nonadrenal disease and in healthy dogs.

BACKGROUND: Diagnosis of pheochromocytoma (PC) is based on a combination of clinical suspicion, finding an adrenal mass, increased plasma, and urine concentrations of catecholamine metabolites and is finally confirmed with histopathology. In human medicine, it is controversial whether biochemically testing plasma is superior to testing urine. OBJECTIVES: To measure urinary and plasma catecholamines and metanephrines in healthy dogs, dogs with PC, hypercortisolism (HC), and nonadrenal diseases (NAD) and to determine the test with the best diagnostic performance for dogs with PC. ANIMALS: Seven PC dogs, 10 dogs with HC, 14 dogs with NAD, 10 healthy dogs. METHODS: Prospective diagnostic clinical study. Urine and heparin plasma samples were collected and stored at -80°C before analysis using high-pressure liquid chromatography (HPLC) coupled to electrochemical detection or tandem mass spectrometry were performed. Urinary variables were expressed as ratios to urinary creatinine concentration. RESULTS: Dogs with PC had significantly higher urinary normetanephrine and metanephrine : creatinine ratios and significantly higher plasma-total and free normetanephrine and plasma-free metanephrine concentrations compared to the 3 other groups. There were no overlapping results of urinary normetanephrine concentrations between PC and all other groups, and only one PC dog with a plasma normetanephrine concentration in the range of the dogs with HC and NAD disease. Performances of total and free plasma variables were similar. Overlap of epinephrine and norepinephrine results between the groups was large with both urine and plasma. CONCLUSION AND CLINICAL IMPORTANCE: Measurement of normetanephrine is the preferred biochemical test for PC and urine was superior to plasma.

4B.05: Plasma Lasma copeptin is associated with insulin resistance in a Swiss population-based study

OBJECTIVE: Previous studies suggest that arginine vasopressin may have a role in metabolic syndrome (MetS) and diabetes by altering liver glycogenolysis, insulin, and glucagon secretion and pituitary ACTH release. We tested whether plasma copeptin, the stable C-terminal fragment of arginine vasopressin prohormone, was associated with insulin resistance and MetS in a Swiss population-based study. DESIGN AND METHOD: We analyzed data from the population-based Swiss Kidney Project on Genes in Hypertension. Copeptin was assessed by an immunoluminometric assay. Insulin resistance was derived from the HOMA model and calculated as follows: (FPI x FPG)/22.5, where FPI is fasting plasma insulin concentration (mU/L) and FPG fasting plasma glucose (mmol/L). Subjects were classified as having the MetS according to the National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III criteria. Mixed multivariate linear regression models were built to explore the association of insulin resistance with copeptin. In addition, multivariate logistic regression models were built to explore the association between MetS and copeptin. In the two analyses, adjustment was done for age, gender, center, tobacco and alcohol consumption, socioeconomic status, physical activity, intake of fruits and vegetables and 24&#8202;h urine flow rate. Copeptin was log-transformed for the analyses. RESULTS: Among the 1,089 subjects included in this analysis, 47% were male. Mean (SD) age and body mass index were 47.4 (17.6) years 25.0 (4.5) kg/m2. The prevalence of MetS was 10.5%. HOMA-IR was higher in men (median 1.3, IQR 0.7-2.1) than in women (median 1.0, IQR 0.5-1.6,P&#8202;<&#8202;0.0001). Plasma copeptin was higher in men (median 5.2, IQR 3.7-7.8&#8202;pmol/L) than in women (median 3.0, IQR 2.2-4.3&#8202;pmol/L), P&#8202;<&#8202;0.0001. HOMA-IR was positively associated with log-copeptin after full adjustment (&#946; (95% CI) 0.19 (0.09-0.29), P&#8202;<&#8202;0.001). MetS was not associated with copeptin after full adjustment (P&#8202;=&#8202;0.92). CONCLUSIONS: Insulin resistance, but not MetS, was associated with higher copeptin levels. Further studies should examine whether modifying pharmacologically the arginine vasopressin system might improve insulin resistance, thereby providing insight into the causal nature of this association.