Complex Interactions between Dioxin-Like and Non-Dioxin-Like Compounds for in Vitro Cellular Responses: Implications for the Identification of Dioxin Exposure Biomarkers

Despite considerable advances in reducing the production of dioxin-like toxicants in recent years, contamination of the food chain still occasionally occurs resulting in huge losses to the agri-food sector and risk to human health through exposure. Dioxin-like toxicity is exhibited by a range of stable and bioaccumulative compounds including polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and dibenzofurans (PCDFs), produced by certain types of combustion, and man-made coplanar polychlorinated biphenyls (PCBs), as found in electrical transformer oils. While dioxinergic compounds act by a common mode of action making exposure detection biomarker based techniques a potentially useful tool, the influence of co-contaminating toxicants on such approaches needs to be considered. To assess the impact of possible interactions, the biological responses of H4IIE cells to challenge by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) in combination with PCB-52 and benzo-a-pyrene (BaP) were evaluated by a number of methods in this study. Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) induction in TCDD exposed cells was suppressed by increasing concentrations of PCB-52, PCB-153, or BaP up to 10 mu M. BaP levels below 1 mu M suppressed TCDD stimulated EROD induction, but at higher concentrations, EROD induction was greater than the maximum observed when cells were treated with TCDD alone. A similar biphasic interaction of BaP with TCDD co-exposure was noted in the AlamarBlue assay and to a lesser extent with PCB-52. Surface enhanced laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry (SELDI-TOF) profiling of peptidomic responses of cells exposed to compound combinations was compared. Cells co-exposed to TCDD in the presence of BaP or PCB-52 produced the most differentiated spectra with a substantial number of non-additive interactions observed. These findings suggest that interactions between dioxin and other toxicants create novel, additive, and non-additive effects, which may be more indicative of the types of responses seen in exposed animals than those of single exposures to the individual compounds.

The Impact of R10-Hydroxywarfarin on CYP2C9-Mediated S-Warfarin Metabolism

Thesis (Master's)--University of Washington, 2014

The 21-dehydroxylation of corticosteroids: evidence for an enol intermediate and the hydroxylation of steroids by fungal cyto-chrome P450: evidence for a stepwise mechanism

Two enzyme mechanisms were examined: the 21-dehydroxylation of corticosteroids by the anaerobe Eubacterium l en tum, and the hydroxylation of steroids by fungal cytochrome P450. Deuterium labelling techniques were used to study the enzymic dehydroxylation. Corticosteroids doubly labelled (2H) at the C-21 position were incubated with a culture of Eubacterium lentum. It was found that t he enzymic dehydroxylation proceeded with the loss of one 2H f rom C-21 per molecule of substrate. The kinetic isotope ef fect f or the reaction was found to be k~kD = 2. 28. These results suggest that enzyme/substr ate binding in this case may proceed via t he enol form of the substrate. Also , it appears that this binding is, at least in part, the rate determining step of t he reaction. The hydroxylation of steroids by fungal cytochrome P450 was examined by means of a product study. Steroids with a double bond at the A8 (9), ~( lO ), or ~ (ll) position were synthesized. These steroids were then incubated with fungal strains known to use a cytochrome P450 monooxygenase to hydroxylate at positions allylic to these doubl e bonds. The products formed in these incubations indicated that the double bonds had migrated during allylic hydroxylat ion. This suggests that a carbon centred radical or ion may be an intermediate i n the cytochrome P450 cat alytic cycle.

Prédiction des impacts pharmacocinétiques des interactions médicamenteuses impliquant des CYP3A et les glycoprotéines-P : développement de modèles physiologiques et analyse de sensibilité

Les propriétés pharmacocinétiques d’un nouveau médicament et les risques d’interactions médicamenteuses doivent être investigués très tôt dans le processus de recherche et développement. L’objectif principal de cette thèse était de concevoir des approches prédictives de modélisation du devenir du médicament dans l’organisme en présence et en absence de modulation d’activité métabolique et de transport. Le premier volet de recherche consistait à intégrer dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK), le transport d’efflux membranaire gouverné par les glycoprotéines-P (P-gp) dans le cœur et le cerveau. Cette approche, basée sur des extrapolations in vitro-in vivo, a permis de prédire la distribution tissulaire de la dompéridone chez des souris normales et des souris déficientes pour les gènes codant pour la P-gp. Le modèle a confirmé le rôle protecteur des P-gp au niveau cérébral, et a suggéré un rôle négligeable des P-gp dans la distribution tissulaire cardiaque pour la dompéridone. Le deuxième volet de cette recherche était de procéder à l’analyse de sensibilité globale (ASG) du modèle PBPK précédemment développé, afin d’identifier les paramètres importants impliqués dans la variabilité des prédictions, tout en tenant compte des corrélations entre les paramètres physiologiques. Les paramètres importants ont été identifiés et étaient principalement les paramètres limitants des mécanismes de transport à travers la membrane capillaire. Le dernier volet du projet doctoral consistait à développer un modèle PBPK apte à prédire les profils plasmatiques et paramètres pharmacocinétiques de substrats de CYP3A administrés par voie orale à des volontaires sains, et de quantifier l’impact d’interactions médicamenteuses métaboliques (IMM) sur la pharmacocinétique de ces substrats. Les prédictions des profils plasmatiques et des paramètres pharmacocinétiques des substrats des CYP3A ont été très comparables à ceux mesurés lors d’études cliniques. Quelques écarts ont été observés entre les prédictions et les profils plasmatiques cliniques mesurés lors d’IMM. Cependant, l’impact de ces inhibitions sur les paramètres pharmacocinétiques des substrats étudiés et l’effet inhibiteur des furanocoumarins contenus dans le jus de pamplemousse ont été prédits dans un intervalle d’erreur très acceptable. Ces travaux ont contribué à démontrer la capacité des modèles PBPK à prédire les impacts pharmacocinétiques des interactions médicamenteuses avec une précision acceptable et prometteuse.

Modulation de l'expression et de l'activité de la NADPH P450 réductase chez le lapin.

L’activité catalytique du cytochrome P450 dépend de la disponibilité d’électrons produits par la NADPH P450 réductase (NPR). Notre étude a pour but de déterminer comment l’expression de la NPR est modulée chez le lapin. Afin de comprendre comment l’expression de la NPR est modulée, des hépatocytes de lapins témoins ont été incubés pendant 2, 4, 24 et 48 heures en présence de plusieurs activateurs de facteurs de transcription connus du cytochrome P450. De plus, des lapins ayant reçu une injection sous-cutanée de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique sont sacrifiés 48 heures plus tard dans le but d’étudier les effets de l’inflammation sur l’expression de la NPR. La rosiglitazone, le fénofibrate, l’acétate de plomb et le chlorure de cobalt (des inducteurs des PPAR, PPAR, AP-1 et HIF-1), après 48 heures d’incubation, n’ont provoqué aucun changement d’expression ou d’activité de la NPR. Après 48 heures d’incubation, la dexaméthasone (Dexa) a augmenté la quantité d’ARNm (QT-PCR), l’expression et l’activité de la NPR (p<0,05), en plus d’augmenter l’ARNm des récepteurs nucléaires CAR (récepteur constitutif à l’androstane) et PXR (récepteur X prégnane) (p<0.05). Le phénobarbital (PB) a augmenté seulement l’activité de la NPR (p<0.05). Par contre, après 48 heures d’incubation, la combinaison PB et Dexa a augmenté la quantité d’ARNm, ainsi que l’expression et l’activité de la NPR (p<0.05). La combinaison de PB et Dexa a induit une augmentation d’ARNm des récepteurs nucléaires CAR, PXR et RXR (récepteur X du rétinoïde) plus précocement, soit après 2 heures d’incubation (p<0.05). Le PD098059 (PD), un bloqueur de l’activation de MAPK1 (mitogen-activated protein kinase), et l’acide okadaïque (OA), un inhibiteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A), ont bloqué l'augmentation d'expression et d'activité de la NPR induite par le PB après 48 heures d’incubation. La réaction inflammatoire aseptique a diminué l’expression et l’activité de la NPR après 48 heures d’incubation (p<0.05). On conclue que la dexaméthasone et le phénobarbital sont des inducteurs potentiels de la NPR et que les voies de signalisation de CAR, PXR et RXR semblent être impliquées dans le contrôle de cette induction. Des études supplémentaires devront être complétées afin de confirmer ces résultats préliminaires.

Implication du CYP2D6 dans la pharmacodynamie et la pharmacogénomique de l’oxycodone

La variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments constitue une problématique importante pouvant causer des effets indésirables ou l’échec d’un traitement. Ces variabilités peuvent être causées par une diminution de l’activité de l’enzyme responsable du métabolisme de certains médicaments, fréquemment les cytochromes P450, un système enzymatique majeur dans le métabolisme de ces derniers. Ces enzymes sont sujets à des mutations génétiques appelées polymorphismes, qui altèrent l’activité métabolique. Il est donc important d’évaluer le rôle de ces enzymes dans le métabolisme des médicaments afin d’identifier leur responsabilité dans la variabilité interindividuelle de la réponse au traitement. Parmi l’important système enzymatique que représentent les cytochromes P450, l’isoenzyme CYP2D6 est particulièrement étudiée, ses variations métaboliques revêtant une haute importance clinique. L’un des substrats du CYP2D6 est l’oxycodone, un analgésique narcotique largement prescrit en clinique. Une grande variabilité est observée dans la réponse analgésique à l’oxycodone, variabilité pouvant être causée par un polymorphisme génétique. Il est connu que des variations génétiques dans le CYP2D6 compromettent la réponse analgésique à la codéine en rendant moins importante la formation de son métabolite actif, la morphine. Par analogie, plusieurs études supportent l’hypothèse selon laquelle le métabolite oxymorphone, formée par l’isoenzyme CYP2D6, serait responsable de l’analgésie de l’oxycodone. Une déficience génétique de l’enzyme compromettrait la réponse analgésique au médicament. Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire ont démontré que l’inhibition du CYP2D6 chez des sujets volontaires réduit de moitié la production d’oxymorphone, confirmant l’importante implication de l’enzyme dans le métabolisme de l’oxycodone. Ces résultats démontrent une forte ressemblance avec le métabolisme de la codéine, suggérant que l’oxymorphone pourrait être responsable de l’analgésie. Cependant, les travaux effectués n’ont pu établir de relation entre la concentration plasmatique d’oxymorphone et le niveau d’analgésie ressenti par les sujets. La continuation des études sur le mécanisme d’action de l’oxycodone dans la réponse analgésique est essentielle afin d’établir la source des variabilités interindividuelles expérimentées par les patients et ainsi d’éviter des effets secondaires ou lacunes dans le traitement.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

L’inhibition des cytochromes P450 dans les cas d’insuffisance rénale chronique : rôle de l’hormone parathyroïdienne.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une réduction du métabolisme de plusieurs médicaments, due à une diminution du cytochrome P450 (CYP450) hépatique. Nos études précédentes ont montré que l’IRC affecte l’activité in vivo et in vitro, de même que l’expression protéique et génique des différents isoformes du CYP450, via la présence du sérum urémique et de l’hormone parathyroïdienne (PTH). Ce projet de doctorat se divise en quatre parties. Premièrement, nous avons développé une méthode d’analyse de l’activité du CYP450, à l’aide de la production du 3-hydroxy-5,5-dimethyl-4-[4-(methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFH) à partir du 3-[(3,4-difluorobenzyl)oxy]-5,5-dimethyl-4-[4-methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFB). Cette méthode nous a permis de mieux quantifier l’activité dans les études subséquentes. Deuxièmement, l’activité du CYP450 3A est diminuée chez les patients atteints d’IRC. De plus, il a déjà été démontré que des toxines urémiques dialysables seraient impliquées puisque l’hémodialyse prévient cette inhibition du CYP450. Par contre, le mécanisme expliquant l’amélioration transitoire la composition du sérum de patients atteints d’IRC par l’hémodialyse n’est pas connu. L’objectif du projet est d’évaluer l’effet de l’hémodialyse sur l’expression protéique et génique, de même que sur l’activité du CYP450 3A2 dans un modèle d’hépatocytes de rat en culture. Troisièmement, la déficience en calcidiol est fréquente dans les cas d’IRC et l’étiologie est peu connue. Nous avons récemment montré que l’IRC est associée à une diminution du métabolisme des médicaments par le foie suite à une réduction des différents isoformes du CYP450 en partie médiée par l’hormone parathyroïdienne (PTH). La 25-hydroxylation de la vitamine D, au niveau du foie, permet la formation du calcidiol par différents isoformes du CYP450 (CYP2C11, 27A1, 2R1, 3A2 et 2J3) et pourrait être ainsi altérée en présence d’IRC. Les objectifs de cette étude sont de a) confirmer la diminution de synthèse de calcidiol en présence d’IRC et b) évaluer le rôle de la PTH dans la déficience en calcidiol. Finalement, afin de mieux comprendre les inhibitions du CYP450, nous avons étudié les voies de signalisation impliquées dans la régulation du CYP450 en présence d’IRC et avec la PTH puisque les mécanismes d’action demeurent imprécis. La contribution des facteurs de transcription et des récepteurs nucléaires suivants est étudiée ; le récepteur pregnane X (PXR), le récepteur constitutif androstane (CAR) et le facteur nucléaire kappa B (NF-κB), puisqu’ils sont potentiellement activés par le récepteur de la PTH et ces molécules ont été précédemment impliqués dans la régulation du CYP450. Les résultats obtenus montrent que l’hémodialyse des patients atteints d’IRC améliore transitoirement l’expression du CYP450 lorsque des hépatocytes sont mis en culture avec du sérum provenant de ces patients. Aussi, la 25-hydroxylation de la vitamine D est affectée par l’IRC. Les voies de signalisation du NF-κB et les facteurs nucléaires PXR et CAR sont impliqués dans l’inhibition du CYP450. En conclusion, l’IRC affecte, non seulement le métabolisme des médicaments mais aussi l’hydroxylation de la vitamine D, un des rôles endogènes effectués par le CYP450. Ces études nous permettent de mieux comprendre les effets de l’IRC afin de mieux cibler les traitements de choix pour les patients qui en sont atteints.

Carence en œstrogènes et bases moléculaires du métabolisme des triglycérides et du cholestérol dans le foie et l'intestin : effet de l'exercice physique

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées.

Développement et utilisation de modèles in vitro et de données précliniques pour augmenter la prédictibilité de la perméabilité et du métabolisme intestinal chez l'humain

Tout médicament administré par la voie orale doit être absorbé sans être métabolisé par l’intestin et le foie pour atteindre la circulation systémique. Malgré son impact majeur sur l’effet de premier passage de plusieurs médicaments, le métabolisme intestinal est souvent négligé comparativement au métabolisme hépatique. L’objectif de ces travaux de maîtrise est donc d’utiliser, caractériser et développer différents outils in vitro et in vivo pour mieux comprendre et prédire l’impact du métabolisme intestinal sur l’effet de premier passage des médicaments comparé au métabolisme hépatique. Pour se faire, différents substrats d’enzymes du métabolisme ont été incubés dans des microsomes intestinaux et hépatiques et des différences entre la vitesse de métabolisme et les métabolites produits ont été démontrés. Afin de mieux comprendre l’impact de ces différences in vivo, des études mécanistiques chez des animaux canulés et traités avec des inhibiteurs enzymatiques ont été conduites avec le substrat métoprolol. Ces études ont démontré l’impact du métabolisme intestinal sur le premier passage du métoprolol. De plus, elles ont révélé l’effet sur la vidange gastrique du 1-aminobenzotriazole, un inhibiteur des cytochromes p450, évitant ainsi une mauvaise utilisation de cet outil dans le futur. Ces travaux de maîtrise ont permis d’améliorer les connaissances des différents outils in vitro et in vivo pour étudier le métabolisme intestinal tout en permettant de mieux comprendre les différences entre le rôle de l’intestin et du foie sur l’effet de premier passage.

Existen diferencias farmacocinéticas y tiempos de despertar entre mujeres y hombres con anestesia total intravenosa

Introducción: La anestesia total intravenosa (TIVA) es ampliamente usada y reportada en la literatura como técnica para disminuir la respuesta a la laringoscopia e intubación, en la inducción y mantenimiento de una adecuada anestesia, además de una mejor estabilidad hemodinámica y recuperación pos anestésica; sin embargo no existen un gran número de estudios que comparen el uso de TIVA, determinando si existen diferencias en el perfil farmacocinético según el género del paciente. Objetivo: Describir diferencias farmacocinéticas y de los tiempos de despertar y salida a la unidad de cuidados pos anestésicos (descarga), según el género; en pacientes que reciben TIVA, con remifentanil y propofol, orientado por Stangraf. Metodología: Estudio observacional analítico de corte transversal, en pacientes llevados a cirugía bajo TIVA en el Hospital Occidente de Kennedy en el periodo de junio de 2013 a Enero de 2014.Usando SPSS versión 20 Windows, se analizaron los datos mediante pruebas Kolmogorov-Smirnov y Shapiro-Wilk y U de Mann Withney. Un valor de p menor 0.05 fue aceptado como estadísticamente significativo. Resultados: Se aplicaron pruebas de normalidad y no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre género. El tiempo de despertar fue 9.36 minutos para mujeres y 11.26 minutos para hombres. Los tiempos de descarga fueron 10.71 minutos para mujeres y 12.82 minutos para hombres. Discusión. El tiempo de despertar y descarga no es diferente entre mujeres y hombres en los pacientes analizados. Se requieren estudios adicionales entre grupos poblacionales de diversas condiciones farmacocineticas para corroborar los datos.

Induction of cytochrome P-450 activity in individual Chironomus riparius Meigen larvae exposed to xenobiotics

Cytochrome P450 activity in individual Chironomus riparius larvae was measured using a microtiter plate adaptation of the ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) assay. The sensitivity of this biomarker was tested by exposing larvae to phenobarbital (0.5 and 1.0 mM) and permethrin (1 and 10 mug/g). Both chemicals induced EROD activity in C. riparius larvae by up to 1.58-fold with PB and 2.47-fold with permethrin. EROD induction was more pronounced after 48 h. The initially high EROD activity in the controls suggested that P450s are induced by stress. Feeding levels prior to exposure also had a significant effect on EROD activity. EROD activity compared to the control was highest when larvae were fed double the normal ration. These results indicate that EROD activity in individual C. riparius may be a useful biomarker to add to a suite of biomarkers for the detection of freshwater pollution. (C) 2002 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Protease-activated receptor 2 (PAR2) protein and transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) protein coupling is required for sustained inflammatory signaling

G protein-coupled receptors of nociceptive neurons can sensitize transient receptor potential (TRP) ion channels, which amplify neurogenic inflammation and pain. Protease-activated receptor 2 (PAR(2)), a receptor for inflammatory proteases, is a major mediator of neurogenic inflammation and pain. We investigated the signaling mechanisms by which PAR(2) regulates TRPV4 and determined the importance of tyrosine phosphorylation in this process. Human TRPV4 was expressed in HEK293 cells under control of a tetracycline-inducible promoter, allowing controlled and graded channel expression. In cells lacking TRPV4, the PAR(2) agonist stimulated a transient increase in [Ca(2+)](i). TRPV4 expression led to a markedly sustained increase in [Ca(2+)](i). Removal of extracellular Ca(2+) and treatment with the TRPV4 antagonists Ruthenium Red or HC067047 prevented the sustained response. Inhibitors of phospholipase A(2) and cytochrome P450 epoxygenase attenuated the sustained response, suggesting that PAR(2) generates arachidonic acid-derived lipid mediators, such as 5',6'-EET, that activate TRPV4. Src inhibitor 1 suppressed PAR(2)-induced activation of TRPV4, indicating the importance of tyrosine phosphorylation. The TRPV4 tyrosine mutants Y110F, Y805F, and Y110F/Y805F were expressed normally at the cell surface. However, PAR(2) was unable to activate TRPV4 with the Y110F mutation. TRPV4 antagonism suppressed PAR(2) signaling to primary nociceptive neurons, and TRPV4 deletion attenuated PAR(2)-stimulated neurogenic inflammation. Thus, PAR(2) activation generates a signal that induces sustained activation of TRPV4, which requires a key tyrosine residue (TRPV4-Tyr-110). This mechanism partly mediates the proinflammatory actions of PAR(2).

Metabolism and transport of oxazphosphorines and the clinical implications

The oxazaphosphorines including cyclophosphamide (CPA), ifosfamide (IFO), and trofosfamide represent an important group of therapeutic agents due to their substantial antitumor and immuno-modulating activity. CPA is widely used as an anticancer drug, an immunosuppressant, and for the mobilization of hematopoetic progenitor cells from the bone marrow into peripheral blood prior to bone marrow transplantation for aplastic anemia, leukemia, and other malignancies. New oxazaphosphorines derivatives have been developed in an attempt to improve selectivity and response with reduced toxicity. These derivatives include mafosfamide (NSC 345842), glufosfamide (D19575, β-D-glucosylisophosphoramide mustard), NSC 612567 (aldophosphamide perhydrothiazine), and NSC 613060 (aldophosphamide thiazolidine). This review highlights the metabolism and transport of these oxazaphosphorines (mainly CPA and IFO, as these two oxazaphosphorine drugs are the most widely used alkylating agents) and the clinical implications. Both CPA and IFO are prodrugs that require activation by hepatic cytochrome P450 (CYP)-catalyzed 4-hydroxylation, yielding cytotoxic nitrogen mustards capable of reacting with DNA molecules to form crosslinks and lead to cell apoptosis and/or necrosis. Such prodrug activation can be enhanced within tumor cells by the CYP-based gene directed-enzyme prodrug therapy (GDEPT) approach. However, those newly synthesized oxazaphosphorine derivatives such as glufosfamide, NSC 612567 and NSC 613060, do not need hepatic activation. They are activated through other enzymatic and/or non-enzymatic pathways. For example, both NSC 612567 and NSC 613060 can be activated by plain phosphodiesterase (PDEs) in plasma and other tissues or by the high-affinity nuclear 3'-5' exonucleases associated with DNA polymerases, such as DNA polymerases and ε. The alternative CYP-catalyzed inactivation pathway by N-dechloroethylation generates the neurotoxic and nephrotoxic byproduct chloroacetaldehyde (CAA). Various aldehyde dehydrogenases (ALDHs) and glutathione S-transferases (GSTs) are involved in the detoxification of oxazaphosphorine metabolites. The metabolism of oxazaphosphorines is auto-inducible, with the activation of the orphan nuclear receptor pregnane X receptor (PXR) being the major mechanism. Oxazaphosphorine metabolism is affected by a number of factors associated with the drugs (e.g., dosage, route of administration, chirality, and drug combination) and patients (e.g., age, gender, renal and hepatic function). Several drug transporters, such as breast cancer resistance protein (BCRP), multidrug resistance associated proteins (MRP1, MRP2, and MRP4) are involved in the active uptake and efflux of parental oxazaphosphorines, their cytotoxic mustards and conjugates in hepatocytes and tumor cells. Oxazaphosphorine metabolism and transport have a major impact on pharmacokinetic variability, pharmacokinetic-pharmacodynamic relationship, toxicity, resistance, and drug interactions since the drug-metabolizing enzymes and drug transporters involved are key determinants of the pharmacokinetics and pharmacodynamics of oxazaphosphorines. A better understanding of the factors that affect the metabolism and transport of oxazaphosphorines is important for their optional use in cancer chemotherapy.

Drug bioactivation, covalent binding to target proteins and toxicity relevance

A number of therapeutic drugs with different structures and mechanisms of action have been reported to undergo metabolic activation by Phase I or Phase II drug-metabolizing enzymes. The bioactivation gives rise to reactive metabolites/intermediates, which readily confer covalent binding to various target proteins by nucleophilic substitution and/or Schiff's base mechanism. These drugs include analgesics (e.g., acetaminophen), antibacterial agents (e.g., sulfonamides and macrolide antibiotics), anticancer drugs (e.g., irinotecan), antiepileptic drugs (e.g., carbamazepine), anti-HIV agents (e.g., ritonavir), antipsychotics (e.g., clozapine), cardiovascular drugs (e.g., procainamide and hydralazine), immunosupressants (e.g., cyclosporine A), inhalational anesthetics (e.g., halothane), nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDSs) (e.g., diclofenac), and steroids and their receptor modulators (e.g., estrogens and tamoxifen). Some herbal and dietary constituents are also bioactivated to reactive metabolites capable of binding covalently and inactivating cytochrome P450s (CYPs). A number of important target proteins of drugs have been identified by mass spectrometric techniques and proteomic approaches. The covalent binding and formation of drug-protein adducts are generally considered to be related to drug toxicity, and selective protein covalent binding by drug metabolites may lead to selective organ toxicity. However, the mechanisms involved in the protein adduct-induced toxicity are largely undefined, although it has been suggested that drug-protein adducts may cause toxicity either through impairing physiological functions of the modified proteins or through immune-mediated mechanisms. In addition, mechanism-based inhibition of CYPs may result in toxic drug-drug interactions. The clinical consequences of drug bioactivation and covalent binding to proteins are unpredictable, depending on many factors that are associated with the administered drugs and patients. Further studies using proteomic and genomic approaches with high throughput capacity are needed to identify the protein targetsof reactive drug metabolites, and to elucidate the structure-activity relationships of drug's covalent binding to proteins and their clinical outcomes.