Analytical methods for the quantitative determination of selective serotonin reuptake inhibitors for therapeutic drug monitoring purposes in patients.

Five selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) have been introduced recently: citalopram, fluoxetine, fluvoxamine, paroxetine and sertraline. Although no therapeutic window has been defined for SSRIs, in contrast to tricyclic antidepressants, analytical methods for therapeutic drug monitoring of SSRIs are useful in several instances. SSRIs differ widely in their chemical structure and in their metabolism. The fact that some of them have N-demethylated metabolites, which are also SSRIs, requires that methods be available which allow therapeutic drug monitoring of the parent compounds and of these active metabolites. most procedures are based on prepurification of the SSRIs by liquid-liquid extraction before they are submitted to separation by chromatographic procedures (high-performance liquid chromatography, gas chromatography, thin layer chromatography) and detection by various detectors (UV, fluorescence, electrochemical detector, nitrogen-phosphorus detector, mass spectrometry). This literature review shows that most methods allow quantitative determination of SSRIs in plasma, in the lower ng/ml range, and that they are, therefore, suitable for therapeutic drug monitoring purposes of this category of drugs.

More than cell death: caspases and caspase inhibitors on the move.

It is becoming clear that "apoptotic" caspases can effect cellular processes other than cell death. A recent paper in Cell points to a novel role of the Drosophila caspase inhibitor DIAP1 as a determinant of cell migration.

Anchoring of both PKA and 14-3-3 inhibits the Rho-GEF activity of the AKAP-Lbc signaling complex.

A-kinase anchoring proteins (AKAPs) target the cAMP-regulated protein kinase (PKA) to its physiological substrates. We recently identified a novel anchoring protein, called AKAP-Lbc, which functions as a PKA-targeting protein as well as a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for RhoA. We demonstrated that AKAP-Lbc Rho-GEF activity is stimulated by the alpha subunit of the heterotrimeric G protein G12. Here, we identified 14-3-3 as a novel regulatory protein interacting with AKAP-Lbc. Elevation of the cellular concentration of cAMP activates the PKA holoenzyme anchored to AKAP-Lbc, which phosphorylates the anchoring protein on the serine 1565. This phosphorylation event induces the recruitment of 14-3-3, which inhibits the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. AKAP-Lbc mutants that fail to interact with PKA or with 14-3-3 show a higher basal Rho-GEF activity as compared to the wild-type protein. This suggests that, under basal conditions, 14-3-3 maintains AKAP-Lbc in an inactive state. Therefore, while it is known that AKAP-Lbc activity can be stimulated by Galpha12, in this study we demonstrated that it is inhibited by the anchoring of both PKA and 14-3-3.

Métabolisme d'antidépresseurs dans différentes espèces : aspects méthodologiques et pharmacogénétiques, perspectives cliniques

Résumé pour large public Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne Lors de la prise d'un médicament, celui-ci va passer par différentes étapes que sont l'absorption, la distribution, le métabolisme et enfin l'élimination. Ces quatre étapes sont regroupées sous le nom de pharmacocinétique. A noter que ces quatre paramètres sont dynamiques et en constante évolution. Durant cette thèse, nous avons investigué différents aspects de la pharmacocinétique, tout d'abord par une revue de la littérature sur la glycoprotéine-P (Pgp). Récemment découverte, cette protéine de membrane est située aux endroits stratégiques de l'organisme comme la barrière hématoencéphalée, le placenta ou les intestins où elle influencera l'entrée de différentes substances, en particulier les médicaments. La Pgp serait impliquée dans les phénomènes de résistances aux agents thérapeutiques en oncologie. La Pgp influence donc l'absorption des médicaments, et son impact en clinique, en termes d'efficacité de traitement et de toxicité prend chaque jour plus d'importance. Ensuite nous avons mis au point une méthode d'analyse quantitative d'un antidépresseur d'une nouvelle génération : la mirtazapine (Remeron®). La nouveauté réside dans la façon dont la mirtazapine interagit avec les neurotransmetteurs impliqués dans la dépression que sont la sérotonine et la noradrénaline. Cette méthode utilise la chromatographie liquide pour séparer la mirtazapine de ses principaux métabolites dans le sang. La spectrométrie de masse est utilisée pour les détecter et les quantifier. Les métabolites sont des substances issues de réactions chimiques entre la substance mère, la mirtazapine, et généralement des enzymes hépatiques, dans le but de rendre cette substance plus soluble en vue de son élimination. Cette méthode permet de quantifier la mirtazapine et ses métabolites dans le sang de patients traités et de déterminer la variation des taux plasmatiques chez ces patients. Puis nous avons étudié le métabolisme d'un autre antidépresseur, le citalopram, qui a un métabolisme complexe. Le citalopram est un racémate, c'est-à-dire qu'il existe sous forme de deux entités chimiques (R-(-) et S-(+) citalopram) qui ont le même nombre d'éléments mais arrangés différemment dans l'espace. La voie métabolique cérébrale du citalopram est sous le contrôle d'une enzyme, la monoamine oxydase (MAO), conduisant à une forme acide du citalopram (l'acide propionique du citalopram). La MAO existe sous deux formes : MAO-A et MAO-B. Nous avons utilisé des souris déficientes d'un gène, celui de la MAO-A, pour mieux en comprendre le métabolisme en les comparants à des souris sauvages (sans déficience de ce gène). Nous avons utilisé le citalopram et deux de ses métabolites (le déméthylcitaloprarn et le didéméthyícitalopram) comme substrats pour tester la formation in vitro de l'acide propionique du citalopram. Nos résultats montrent que la MAO-A favorise la formation de l'entité R-(-) et présente une plus grande affinité pour le citalopram, tandis que la MAO-B métabolise préférentiellement l'entité S-(+) et a une plus grande affinité pour les deux métabolites déméthylés. De plus, la déficience en MAO-A est partiellement compensée parla MAO-B chez les souris déficientes du gène de la MAO-A. Enfin, nous avons étudié une deuxième voie métabolique du citalopram qui s'est avérée toxique chez le chien Beagle. Celle-ci est catalysée par une autre famille d'enzymes, les cytochromes P-450, et mène aux métabolites déméthylés et didéméthylés du citalopram. Nous avons utilisé des tissus hépatiques de chiens Beagle. Plusieurs cytochromes P-450 sont impliqués dans le métabolisme du citalopram menant à sa forme déméthylée, ceci tant chez l'homme que chez le chien. Par contre, dans le métabolisme de la forme déméthylée menant à 1a forme didéméthylée, un seul cytochrome P-450 serait impliqué chez l'Homme, tandis qu'ils seraient plusieurs chez le chien. L'activité enzymatique produisant la forme didéméthylée est beaucoup plus importante chez le chien comparé à l'homme. Cette observation soutien l'hypothèse que des taux élevés de la forme didéméthylée participent à la toxicité spécifique du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant que les enzymes peuvent être stimulées ou inhibées, il importe de pouvoir suivre au plus prés les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Résumé Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne La plupart des médicaments subissent une transformation enzymatique dans l'organisme. Les substances issues de cette métabolisation ne sont pas toujours dotées d'une activité pharmacologique. Il s'est avéré par conséquent indispensable de suivre les taux plasmatiques d'une substance et de ses métabolites et d'établir ou non l'existence d'une relation avec l'effet clinique observé. Ce concept nommé « therapeutic drag monitoring » (TDM) est particulièrement utile en psychiatrie ou un manque de compliance des patients est fréquemment observé. Les médicaments psychotropes ont un métabolisme principalement hépatique (cytochromes P-450) et parfois cérébral (monoamines oxydases), comme pour le citalopram par exemple. Une méthode stéréosélective de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse a été développée pour analyser les énantiomères R-(-) et S-(+) d'un antidépresseur agissant sur les récepteurs noradrénergiques et sérotoninergiques, la mirtazapine et de ses métabolites déméthylmirtazapine et 8-hydroxymirtazapine. Les données préliminaires obtenues dans les plasmas dosés suggèrent que les concentrations de R-(-)-mirtazapine sont plus élevées que celles de S-(+)-mirtazapine, à l'exception des patients qui auraient comme co-médication des inhibiteurs du CYP2D6, telle que la fluoxétine ou la thioridazine. Il y a une enantiosélectivité du métabolisme de la mirtazapine. En particulier pour la 8-hydroxymirtazapine qui est glucuroconjuguée et pour laquelle le ratio S/R varie considérablement. Cette méthode analytique présente l'avantage d'être utilisable pour le dosage stéréosélectif de la mirtazapine et de ses métabolites dans le plasma de patients ayant d'autres substances en co-médication. La glycoprotéine P fonctionne comme une pompe transmembranaire transportant les xénobiotiques depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Son induction et son inhibition, bien que moins étudiées que pour les cytochromes P-450, ont des implications cliniques importantes en termes d'efficacité de traitement et de toxicité. Cette glycoprotéine P a fait l'objet d'une recherche bibliographique. Nous avons étudié le métabolisme du citalopram, un antidépresseur de la classe des inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine chez la souris et chez le chien. Cette substance subit un métabolisme complexe. La voie de métabolisation conduisant à la formation de l'acide propionique du citalopram, catalysée par les monoamines oxydases, a été étudiée in vitro dans les mitochondries cérébrales chez la souris déficiente du gène de la MAO-A (Tg8). La monoamine oxydase A catalyse la formation de l'énantiomère R-(-) et présente une plus grande affinité pour les amines tertiaires, tandis que la monoamine oxydase B favorise la formation de la forme S-(+) et a une affinité plus marquée pour les amines secondaires et primaires. L'étude du citalopram chez la souris Tg8 adulte a montré que la monoamine oxydase B compense la déficience de la monoamine oxydase A chez ces souris génétiquement modifiées. Une autre voie de métabolisation du citalopram conduisant à la formation de didéméthylcitalopram, catalysée par les cytochromes P-450, a été étudiée in vitro dans des microsomes hépatiques de chiens Beagle. Nos études ont montré que les cinétiques de N-déméthylation du citalopram sont biphasiques chez le chien. Les orthologues canins impliqués dans la première N-déméthylation semblent être identiques aux cytochromes P-450 humains. Par contre, dans la deuxième Ndéméthylation, un seul cytochrome P-450 semble être impliqué chez l'homme (CYP2D6), tandis qu'on retrouve jusqu'à cinq orthologues chez le chien. Le CYP2D15, orthologue canin du CYP2D6, est majoritairement impliqué. De plus, l'activité enzymatique, reflétée par les clairances intrinsèques, dans la première N-déméthylation est jusqu'à 45 fois plus élevée chez le chien comparé à l'homme. Ces différentes observations soutiennent l'hypothèse que des taux élevés de didéméthylcitalopram sont responsables de la toxicité du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant -que les enzymes peuvent être induits ou inhibés, il importe de pouvoir suivre au plus près les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Summary Most of the drugs are metabolized in the organism. Substances issued from this metabolic activity do not always show a pharmacological activity. Therefore, it is necessary to monitor plasmatic levels of drugs and their metabolites, and establish the relationship with the clinical effect. This concept named therapeutic drug monitoring is very useful in psychiatry where lack of compliance is commonly observed. Antidepressants are mainly metabolized in the liver (cytochrome P-450) and sometimes in the brain (monoamine oxidase) like the citalopram, for exemple. A LC-MS method was developed, which allows the simultaneous analysis of R-(-) and S-(+) enantiomers of mirtazapine, an antidepressant acting specifically on noradrenergic and serotonergic receptors, and its metabolites demethylmirtazapine and 8-hydroxymirtazapine in plasma of mirtazapine treated patients. Preliminary data obtained suggested that R-(-) mirtazapine concentrations were higher than those of S-(+) mirtazapine, except in patients comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine or thioridazine. There is an enantioselectivity in the metabolism of mirtazapine. In particular for the 8-hydroxymirtazapine, which is glucuroconjugated and S/R ratio varies considerably. Therefore this method seems to be suitable for the stereoselective assay of mirtazapine and its metabolites in plasma of patients comedicated with mirtazapine and other drugs for routine and research purposes. P-glycoprotein is working as an efflux transporter of xenobiotics from intracellular to extracellular environment. Its induction or inhibition, although less studied than cytochrome P-450, has huge clinical implications in terms of treatment efficacy and toxicity. An extensive literature search on P-glycoprotein was performed as part of this thesis. The study of citalopram metabolism, an antidepressant belonging to the class of selective serotonin reuptake inhibitors. This substance undergoes a complex metabolism. First metabolization route leading to citalopram propionic acid, catalyzed by monoamine oxidase was studied in vitro in mice brain mitochondria. Monoamine oxidase A catalyzed the formation of R-(-) enantiomer and showed greater affinity for tertiary amines, whereas monoamine oxidase B triggered the formation of S-(+) enantiomer and demonstrated higher affinity for primary and secondary amines. citalopram evaluation in adult Tg8 mice showed that monoamine oxidase B compensated monoamine oxidase A deficiency in those genetically transformed mice. The second metabolization route of citalopram leading to didemethylcitalopram and catalyzed by cytochrome P-450 was studied in vitro in Beagle dog's livers. Our results showed that citalopram N-demethylation kinetics are biphasic in dogs. Canine orthologs involved in the first N-demethylation seemed to be identical to human cytochromes P-450. However, in the second N-demethylation only one cytochrome P-450 seemed to be involved in human (CYP2D6), whereas up to five canine orthologs were found in dogs. CYP2D15 canine ortholog of CYP2D6 was mainly involved. In addition, enzymatic activity reflected by intrinsic clearance in the first N-demethylation was up to 45 fold higher in dogs compared to humans. Those observations support the assumption that elevated rates of didemethylcitalopram are responsible for citalopram toxicity in dogs. We can conclude that several enzymes groups are involved in the brain, as well as in the liver, in antidepressant metabolization. Knowing that enzymes may be induced or inhibited, it makes sense to closely monitor plasmatic levels of antidepressants and their metabolites.

Liver-specific loss of lipin-1-mediated phosphatidic acid phosphatase activity does not mitigate intrahepatic TG accumulation in mice.

Lipin proteins (lipin 1, 2, and 3) regulate glycerolipid homeostasis by acting as phosphatidic acid phosphohydrolase (PAP) enzymes in the TG synthesis pathway and by regulating DNA-bound transcription factors to control gene transcription. Hepatic PAP activity could contribute to hepatic fat accumulation in response to physiological and pathophysiological stimuli. To examine the role of lipin 1 in regulating hepatic lipid metabolism, we generated mice that are deficient in lipin-1-encoded PAP activity in a liver-specific manner (Alb-Lpin1(-/-) mice). This allele of lipin 1 was still able to transcriptionally regulate the expression of its target genes encoding fatty acid oxidation enzymes, and the expression of these genes was not affected in Alb-Lpin1(-/-) mouse liver. Hepatic PAP activity was significantly reduced in mice with liver-specific lipin 1 deficiency. However, hepatocytes from Alb-Lpin1(-/-) mice had normal rates of TG synthesis, and steady-state hepatic TG levels were unaffected under fed and fasted conditions. Furthermore, Alb-Lpin1(-/-) mice were not protected from intrahepatic accumulation of diacylglyerol and TG after chronic feeding of a diet rich in fat and fructose. Collectively, these data demonstrate that marked deficits in hepatic PAP activity do not impair TG synthesis and accumulation under acute or chronic conditions of lipid overload.

Hepatitis C virus variants resistant to macrocyclic NS3-4A inhibitors subvert IFN-β induction by efficient MAVS cleavage.

BACKGROUND & AIMS: The hepatitis C virus (HCV) NS3-4A protease is essential for the HCV life cycle and a prime target of antiviral treatment strategies. Protease inhibitors, however, are limited by emergence of resistance-associated amino acid variants (RAVs). The capacity to cleave and inactivate mitochondrial antiviral-signaling protein (MAVS) in the RIG-I-signaling pathway is a cardinal feature of NS3-4A, by which HCV blocks induction of interferon-(IFN)-β, thereby promoting viral persistence. Here, we aimed to investigate the impact of NS3-4A RAVs on MAVS cleavage. METHODS: The impact of NS3-4A RAVs on MAVS cleavage was assessed using immunoblot analyses, luciferase reporter assays and molecular dynamics simulations to study the underlying molecular principles. IFN-β was quantified in serum from patients with different NS3-4A RAVs. RESULTS: We show that macrocyclic NS3-4A RAVS with substitutions at residue D168 of the protease result in an increased capacity of NS3-4A to cleave MAVS and suppress IFN-β induction compared with a comprehensive panel of RAVs and wild type HCV. Mechanistically, we show the reconstitution of a tight network of electrostatic interactions between protease and the peptide substrate that allows much stronger binding of MAVS to D168 RAVs than to the wild-type protease. Accordingly, we could show IFN-β serum levels to be lower in patients with treatment failure due to the selection of D168 variants compared to R155 RAVs. CONCLUSIONS: Our data constitutes a proof of concept that the selection of RAVs against specific classes of direct antivirals can lead to the predominance of viral variants with possibly adverse pathogenic characteristics.

Direct noninvasive estimation of myocardial tricarboxylic acid cycle flux in vivo using hyperpolarized (13)C magnetic resonance.

BACKGROUND: The heart relies on continuous energy production and imbalances herein impair cardiac function directly. The tricarboxylic acid (TCA) cycle is the primary means of energy generation in the healthy myocardium, but direct noninvasive quantification of metabolic fluxes is challenging due to the low concentration of most metabolites. Hyperpolarized (13)C magnetic resonance spectroscopy (MRS) provides the opportunity to measure cellular metabolism in real time in vivo. The aim of this work was to noninvasively measure myocardial TCA cycle flux (VTCA) in vivo within a single minute. METHODS AND RESULTS: Hyperpolarized [1-(13)C]acetate was administered at different concentrations in healthy rats. (13)C incorporation into [1-(13)C]acetylcarnitine and the TCA cycle intermediate [5-(13)C]citrate was dynamically detected in vivo with a time resolution of 3s. Different kinetic models were established and evaluated to determine the metabolic fluxes by simultaneously fitting the evolution of the (13)C labeling in acetate, acetylcarnitine, and citrate. VTCA was estimated to be 6.7±1.7μmol·g(-1)·min(-1) (dry weight), and was best estimated with a model using only the labeling in citrate and acetylcarnitine, independent of the precursor. The TCA cycle rate was not linear with the citrate-to-acetate metabolite ratio, and could thus not be quantified using a ratiometric approach. The (13)C signal evolution of citrate, i.e. citrate formation was independent of the amount of injected acetate, while the (13)C signal evolution of acetylcarnitine revealed a dose dependency with the injected acetate. The (13)C labeling of citrate did not correlate to that of acetylcarnitine, leading to the hypothesis that acetylcarnitine formation is not an indication of mitochondrial TCA cycle activity in the heart. CONCLUSIONS: Hyperpolarized [1-(13)C]acetate is a metabolic probe independent of pyruvate dehydrogenase (PDH) activity. It allows the direct estimation of VTCA in vivo, which was shown to be neither dependent on the administered acetate dose nor on the (13)C labeling of acetylcarnitine. Dynamic (13)C MRS coupled to the injection of hyperpolarized [1-(13)C]acetate can enable the measurement of metabolic changes during impaired heart function.

Impaired aldehyde dehydrogenase 1 subfamily member 2A-dependent retinoic acid signaling is related with a mesenchymal-like phenotype and an unfavorable prognosis of head and neck squamous cell carcinoma.

BACKGROUND: An inverse correlation between expression of the aldehyde dehydrogenase 1 subfamily A2 (ALDH1A2) and gene promoter methylation has been identified as a common feature of oropharyngeal squamous cell carcinoma (OPSCC). Moreover, low ALDH1A2 expression was associated with an unfavorable prognosis of OPSCC patients, however the causal link between reduced ALDH1A2 function and treatment failure has not been addressed so far. METHODS: Serial sections from tissue microarrays of patients with primary OPSCC (n = 101) were stained by immunohistochemistry for key regulators of retinoic acid (RA) signaling, including ALDH1A2. Survival with respect to these regulators was investigated by univariate Kaplan-Meier analysis and multivariate Cox regression proportional hazard models. The impact of ALDH1A2-RAR signaling on tumor-relevant processes was addressed in established tumor cell lines and in an orthotopic mouse xenograft model. RESULTS: Immunohistochemical analysis showed an improved prognosis of ALDH1A2(high) OPSCC only in the presence of CRABP2, an intracellular RA transporter. Moreover, an ALDH1A2(high)CRABP2(high) staining pattern served as an independent predictor for progression-free (HR: 0.395, p = 0.007) and overall survival (HR: 0.303, p = 0.002), suggesting a critical impact of RA metabolism and signaling on clinical outcome. Functionally, ALDH1A2 expression and activity in tumor cell lines were related to RA levels. While administration of retinoids inhibited clonogenic growth and proliferation, the pharmacological inhibition of ALDH1A2-RAR signaling resulted in loss of cell-cell adhesion and a mesenchymal-like phenotype. Xenograft tumors derived from FaDu cells with stable silencing of ALDH1A2 and primary tumors from OPSCC patients with low ALDH1A2 expression exhibited a mesenchymal-like phenotype characterized by vimentin expression. CONCLUSIONS: This study has unraveled a critical role of ALDH1A2-RAR signaling in the pathogenesis of head and neck cancer and our data implicate that patients with ALDH1A2(low) tumors might benefit from adjuvant treatment with retinoids.

The paracaspase MALT1: biological function and potential for therapeutic inhibition.

The paracaspase MALT1 has a central role in the activation of lymphocytes and other immune cells including myeloid cells, mast cells and NK cells. MALT1 activity is required not only for the immune response, but also for the development of natural Treg cells that keep the immune response in check. Exaggerated MALT1 activity has been associated with the development of lymphoid malignancies, and recently developed MALT1 inhibitors show promising anti-tumor effects in xenograft models of diffuse large B cell lymphoma. In this review, we provide an overview of the present understanding of MALT1's function, and discuss possibilities for its therapeutic targeting based on recently developed inhibitors and animal models.