Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

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.

Le rôle de la dysrégulation du métabolisme du cholestérol par le retrait des estrogènes sur la stéatose hépatique

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie.

Effects of lipid-lowering drugs on reverse cholesterol transport gene expressions in peripheral blood mononuclear and HepG2 cells

Aims: The ATP-binding cassette transporters, ABCA1 and ABCG1, are LXR-target genes that play an important role in reverse cholesterol transport. We examined the effects of inhibitors of the cholesterol absorption (ezetimibe) and synthesis (statins) on expression of these transporters in HepG2 cells and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of individuals with primary (and nonfamilial) hypercholesterolemia (HC). Materials & methods: A total of 48 HC individuals were treated with atorvastatin (10 mg/day/4 weeks) and 23 were treated with ezetimibe (10 mg/day/4 weeks), followed by simvastatin (10 mg/day/8 weeks) and simvastatin plus ezetimibe (10 mg of each/day/4 weeks). Gene expression was examined in statin- or ezetimibe-treated and control HepG2 cells as well as PBMCs using real-time PCR. Results: In PBMCs, statins and ezetimibe downregulated ABCA1 and ABCG1 mRNA expression but did not modulate NR1H2 (LxR-beta) and NR1H3 (LXR-alpha) levels. Positive correlations of ABCA1 with ABCG1 and of NR1H2 with NR1H3 expressions were found in all phases of the treatments. In HepG2 cells, ABCA1 mRNA levels remained unaltered while ABCG1 expression was increased by statin (1.0-10.0 mu M) or ezetimibe (5.0 mu M) treatments. Atorvastatin upregulated NR1H2 and NR1H3 only at 10.0 mu M, meanwhile ezetimibe (1.0-5.0 mu M) downregulated NR1H2 but did not change NR1H3 expression. Conclusion: Our findings reveal that lipid-lowering drugs downregulate ABCA1 and ABCG1 mRNA expression in PBMCs of HC individuals and exhibit differential effects on HepG2 cells. Moreover, they indicate that the ABCA1 and ABCG1 transcript levels were not correlated directly to LXR mRNA expression in both cell models treated with lipid-lowering drugs.

Classical and hologram QSAR studies on a series of inhibitors of trypanosomatid Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase

Leishmaniasis and trypanosomiasis are major causes of morbidity and mortality in both tropical and subtropical regions of the world. The current available drugs are limited, ineffective, and require long treatment regimens. Due to the high dependence of trypanosomatids on glycolysis as a source of energy, some glycolytic enzymes have been identified as attractive targets for drug design. In the present work, classical Two-Dimensional Quantitative Structure -Activity Relationships (2D QSAR) and Hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a series of adenosine derivatives as inhibitors of Leishmania mexicana Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase (LmGAPDH). Significant correlation coefficients (classical QSAR, r(2)=0.83 and q(2) =0.81; HQSAR, r(2)=0.91 and q(2) =0.86) were obtained for the 56 training set compounds, indicating the potential of the models for untested compounds. The models were then externally validated using a test set of 14 structurally related compounds and the predicted values were in good agreement with the experimental results (classical QSAR, r(pred)(2) = 0.94; HQSAR, r(pred)(2) = 0.92).

Structural basis for selective inhibition of trypanosomatid glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase: Molecular docking and 3D QSAR studies

The glycolytic enzyme glyceraldehyde-3 -phosphate dehydrogenase (GAPDH) is as an attractive target for the development of novel antitrypanosomatid agents. In the present work, comparative molecular field analysis and comparative molecular similarity index analysis were conducted on a large series of selective inhibitors of trypanosomatid GAPDH. Four statistically significant models were obtained (r(2) > 0.90 and q(2) > 0.70), indicating their predictive ability for untested compounds. The models were then used to predict the potency of an external test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results. Molecular modeling studies provided further insight into the structural basis for selective inhibition of trypanosomatid GAPDH.

Fragment-based and classical quantitative structure-activity relationships for a series of hydrazides as antituberculosis agents

Worldwide, tuberculosis (TB) is the leading cause of death among curable infectious diseases. Multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis is an emerging problem of great importance to public health, and there is an urgent need for new anti-TB drugs. In the present work, classical 2D quantitative structure-activity relationships (QSAR) and hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a training set of 91 isoniazid derivatives. Significant statistical models (classical QSAR, q(2) = 0.68 and r(2) = 0.72; HQSAR, q(2) = 0.63 and r(2) = 0.86) were obtained, indicating their consistency for untested compounds. The models were then used to evaluate an external test set containing 24 compounds which were not included in the training set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results (HQSAR, r(pred)(2) = 0.87; classical QSAR, r(pred)(2) = 0.75).

Classical and fragment-based hologram structure-activity relationships for a series of analgesic cyclic imides

Cyclic imides have been widely employed in drug design research due to their multiple pharmacological and biological properties. In the present study, two-dimensional quantitative structure-activity relationship (2D QSAR) studies were conducted on a series of potent analgesic cyclic imides using both classical and hologram QSAR (HQSAR) methods, yielding significant statistical models (classical QSAR, q(2) = 0.80; HQSAR, q(2) = 0.84). The models were then used to evaluate an external data test, and the predicted values were in good agreement with the experimental results, indicating their consistency for untested compounds.

Structure-activity relationships for a class of selective inhibitors of the major cysteine protease from Trypanosoma cruzi

Chagas` disease is a parasitic infection widely distributed throughout Latin America, with devastating consequences in terms of human morbidity and mortality. Cruzain, the major cysteine protease from Trypanosoma cruzi, is an attractive target for antitrypanosomal chemotherapy. In the present work, classical two-dimensional quantitative structure-activity relationships (2D QSAR) and hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a training set of 45 thiosemicarbazone and semicarbazone derivatives as inhibitors of T. cruzi cruzain. Significant statistical models (HQSAR, q2=0.75 and r2=0.96; classical QSAR, q2=0.72 and r2=0.83) were obtained, indicating their consistency for untested compounds. The models were then used to evaluate an external test set containing 10 compounds which were not included in the training set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results (HQSAR, [image omitted]=0.95; classical QSAR, [image omitted]=0.91), indicating the existence of complementary between the two ligand-based drug design techniques.

Comparative molecular field analysis of a series of inhibitors of HIV-1 protease

Several protease inhibitors have reached the world market in the last fifteen years, dramatically improving the quality of life and life expectancy of millions of HIV-infected patients. In spite of the tremendous research efforts in this area, resistant HIV-1 variants are constantly decreasing the ability of the drugs to efficiently inhibit the enzyme. As a consequence, inhibitors with novel frameworks are necessary to circumvent resistance to chemotherapy. In the present work, we have created 3D QSAR models for a series of 82 HIV-1 protease inhibitors employing the comparative molecular field analysis (CoMFA) method. Significant correlation coefficients were obtained (q(2) = 0.82 and r(2) = 0.97), indicating the internal consistency of the best model, which was then used to evaluate an external test set containing 17 compounds. The predicted values were in good agreement with the experimental results, showing the robustness of the model and its substantial predictive power for untested compounds. The final QSAR model and the information gathered from the CoMFA contour maps should be useful for the design of novel anti-HIV agents with improved potency.

Low-Resolution Molecular Models Reveal the Oligomeric State of the PPAR and the Conformational Organization of Its Domains in Solution

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Doença arterial coronariana: Um novo paradigma na AIDS

The HIV-infected individuals have been identified as a peculiar group whose propensity to the development of abnormalities in lipids metabolism supports the hypothesis that AIDS itself can be considered as an independent risk factor for the occlusive diseases development. The AIDS progression, as well as the therapy against HIV has been capable to show an array of metabolic disturbances that HIV-infected patients are prone to. These metabolic alterations affect the fate of plasmatic lipids and homocysteine as a result of three factor mainly: (i) the viral infection per se which triggers the development of hypertriglyceridemia and hipocholesterolemia; (ii) multiple vitamins and micronutrients deficiencies, that favors an onset of hyperhomocysteinemia; (iii) the state-of-the-art therapy for HIV infection, which is accompanied to idiosyncratic effects encompassing the lipid metabolism. In this context, a variety of risk factors to atherosclerosis can be identified in the HIV-infected individual. Of note, it must be considered that once life expectancy of these patients has been expanded due to the effective therapy, on the other hand they can accelerate atherosclerotic disease or its pathological appearance in the same extent.

Chronic alcohol intake upregulates hepatic expression of carotenoid cleavage enzymes and PPAR in rats

Excessive and chronic alcohol intake leads to a lower hepatic vitamin A status by interfering with vitamin A metabolism. Dietary provitamin A carotenoids can be converted into vitamin A mainly by carotenoid 15,15′-monooxygenase 1 (CMO1) and, to a lesser degree, carotenoid 9′10′-monooxygenase 2 (CMO2). CMO1 has been shown to be regulated by several transcription factors, such as the PPAR, retinoid X receptor, and thyroid receptor (TR). The regulation of CMO2 has yet to be identified. The impact of chronic alcohol intake on hepatic expressions of CMO1 and CMO2 and their related transcription factors are unknown. In this study, Fischer 344 rats were pair-fed either a liquid ethanol Lieber-DeCarli diet (n = 10) or a control diet (n = 10) for 11 wk. Hepatic retinoid concentration and expressions of CMO1, CMO2, PPARγ, PPARα, and TRβ as well as plasma thyroid hormones levels were analyzed. We observed that administering alcohol decreased hepatic retinoid levels but increased mRNA concentrations of CMO1, CMO2, PPARγ, PPARα, and TRβ and upregulated protein levels of CMO2, PPARγ, and PPARα. There was a positive correlation of PPARγ with CMO1(r = 0.89; P<0.0001) and both PPARγ and PPARα with CMO2 (r = 0.72, P< 0.001 and r = 0.62, P< 0.01, respectively). Plasma thyroid hormone concentrations did not differ between the control rats and alcohol-fed rats. This study suggests that chronic alcohol intake significantly upregulates hepatic expression of CMO1 and, to a much lesser extent, CMO2. This process may be due to alcohol-induced PPARγ expression and lower vitamin A status in the liver. © 2010 American Society for Nutrition.

Identificação de proteínas ligantes de CRABP2, proteína envolvida na via de sinalização celular por ácido retinóico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

New ligands of the cellular retinoic acid-binding protein 2 (CRABP2) suggest a role for this protein in chromatin remodeling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)