Interactions of natural products with β-lactoglobulins, members of the lipocalin family

Natural products constitute an important source of new drugs. The bioavailability of the drugs depends on their absorption, distribution, metabolism and elimination. To achieve good bioavailability, the drug must be soluble in water, stable in the gastrointestinal tract and palatable. Binding proteins may improve the solubility of drug compounds, masking unwanted properties, such as bad taste, bitterness or toxicity, transporting or protecting these compounds during processing and storage. The focus of this thesis was to study the interactions, including ligand binding and the effect of pH and temperature, of bovine and reindeer β-lactoglobulin (βLG) with such compounds as retinoids, phenolic compounds as well as with compounds from plant extracts, and to investigate the transport properties of the βLG-ligand complex. To examine the binding interactions of different ligands to βLG, new methods were developed. The fluorescence binding method for the evaluation of ligand binding to βLG was miniaturized from a quartz cell to a 96-well plate. A method of ultrafiltration sampling combined with high-performance liquid chromatography was developed to assess the binding of compounds from extracts. The interactions of phenolic compounds or retinoids and βLG were investigated using the 96-well plate method. The majority of flavones, flavonols, flavanones and isoflavones and all of the retinoids included were shown to bind to bovine and reindeer βLG. Phenolic compounds, contrary to retinol, were not released at acidic pH. Those results suggest that βLG may have more binding sites, probably also on the surface of βLG. An extract from Camellia sinensis (L.) O. Kunze (black tea), Urtica dioica L. (nettle) and Piper nigrum (black pepper) were used to evaluate whether βLG could bind compounds from plant extracts. Piperine from P. nigrum was found to bind tightly and rutin from U. dioica weakly to βLG. No components from C. sinensis bound to βLG in our experiment. The uptake and membrane permeation of bovine and reindeer βLG, free and bound with retinol, palmitic acid and cholesterol, were investigated using Caco-2 cell monolayers. Both bovine and reindeer βLG were able to cross the Caco-2 cell membrane. Free and βLG-bound retinol and palmitic acid were transported equally, whereas cholesterol could not cross the Caco-2 cell monolayer free or bound to βLG. Our results showed that βLG can bind different natural product compounds, but cannot enhance transport of retinol, palmitic acid or cholesterol through Caco-2 cells. Despite this, βLG, as a water-soluble binding protein, may improve the solubility of natural compounds, possibly protecting them from early degradation and transporting some of them through the stomach. Furthermore, it may decrease their bad or bitter taste during oral administration of drugs or in food preparations. βLG can also enhance or decrease the health benefits of herbal teas and food preparations by binding compounds from extracts.

The Functions and Regulation of Ornithine Decarboxylase

Ornithine decarboxylase (ODC) regulates the synthesis of polyamines which are involved in many cellular functions e.g. proliferation and differentiation. Due to its critical role, ODC is a tightly regulated enzyme by antizymes and antizyme inhibitors. If the regulation fails, the activity of ODC increases and may lead to malignant transformation of a cell. Increased ODC activity is found in many common cancers, including colon, prostate, and breast cancer. In a transformed cell, dynamics of the actin cytoskeleton is disturbed. A small G-protein, RhoA regulates organization of the cytoskeleton, and its overactivity increases malignant potential of the cell. The present results indicate that covalent attachment of polyamines by transglutaminase is a physiological means of regulating the activity of RhoA. The translocation of RhoA to the plasma membrane, where it exerts its activity is dependent on the presence of catalytically active ODC. As the overactivity of ODC and RhoA are implicated in cell transformation, the results provide a mechanistic explanation of the interrelationship between the polyamine metabolism and the reorganization of the actin cytoskeleton occurring in cancer cells. ODC and polyamines have also an important role in the function of central nervous system. They participate in the regulation of brain morphogenesis in embryos. In adult nervous tissue, polyamines regulate K+ and glutamate channels. K+ inward rectifying channels control membrane potentials and NMDA-type glutamate receptors (NMDAR) regulate synaptic plasticity. High ODC activity and polyamine levels are considered important in the development of ischemic brain damage and they are implicated in the pathogenesis of Alzheimer s disease (AD). A homolog of ODC was cloned from a human brain cDNA library, and several alternatively spliced variants were detected in human brain and testis. The novel protein was nevertheless devoid of ODC catalytic activity. It was subsequently found to be a novel inductor of ODC activity and polyamine synthesis, called antizyme inhibitor 2 (AZIN2). The accumulation of AZIN2 in vesicle-like formations along the axons and beneath the plasma membrane of neurons as well as in steroid hormone producing Leydig cells and luteal cells of the gonads implies that AZIN2 plays a role in secretion and vesicle trafficking. An accumulation of AZIN2 was detected also in specimens of AD brains. This increased expression of AZIN2 was specific for AD and was not found in brains with other neurodegenerative diseases including CADASIL or dementia with Lewy bodies.

Scrum-prosessimallin käyttöliittymäriskien minimointi simulointipohjaisella GDD-käyttöliittymäsuunnittelumenetelmällä

Scrum-prosessimalli jättää menettelyt ohjelmiston käyttöliittymän tuottamiseen auki ja käyttöliittymä syntyy pahimmillaan toimintolistan pohjalta ohjelmoinnin sivutuotteena. Näin syntynyt järjestelmä soveltuu suurella riskillä huonosti käyttötarkoitukseensa. Tässä tutkielmassa analysoitiin Scrum-prosessimallin käyttöliittymäriskikohtia, joita löytyi kolme: asiakkaan toivomat ominaisuudet päätyvät sellaisinaan ohjelmiston vaatimuksiksi, toimintolistan pohjalta syntyy käytettävyydeltään heikkoja käyttöliittymäratkaisuja ja käyttöliittymän arviointi sprintin katselmoinnissa tuottaa epäluotettavia tuloksia. Tutkielmassa käsitellään Scrum-prosessimallin käyttöliittymäriskien minimointia simulointipohjaisella GDD-käyttöliittymäsuunnittelulla. Riskien minimointia tarkastellaan esimerkkitapauksen avulla, jossa ohjelmistoyritys Reaktor toteutti ammattikorkeakoulun toiminnansuunnittelujärjestelmän vuosisuunnitteluosion. Esimerkkitapauksessa Scrumin käyttöliittymäriskit saatiin minimoitua selvittämällä loppukäyttäjien käyttötilanteet kontekstuaalisilla haastatteluilla, suunnittelemalla käyttöliittymä GDD-menetelmällä ja arvioimalla käyttöliittymää hyödyllisyysläpikäynneillä. Alkuperäisessä Scrumissa liiketoiminnallisesta kannattavuudesta vastaava tuotteen omistaja ja toteutustiimi ottavat vastuulleen myös käyttöliittymän toimintalogiikan. GDD:n myötä vastuu toimintalogiikasta siirretään käyttöliittymäsuunnittelijalle, jolloin Scrumin roolit muuttuvat. Tässä työssä käsitellään GDD-käyttöliittymäsuunnittelun tuomat muutokset Scrumin rooleihin ja käytäntöihin. Scrumin käyttöliittymäriskien minimoinnin jälkeen toteutusvaiheeseen jää vielä Scrumista riippumattomia käyttöliittymäriskejä. Tämän työn esimerkkitapauksessa keskeisin näistä oli käyttöliittymätoteutukseen päätyneet puutteelliset interaktiot. Riski eliminoitiin hyväksymismenettelyllä, jossa ohjelmoija antaa toteutetun ominaisuuden käyttöliittymäsuunnittelijalle tarkistettavaksi. Hyväksymismenettelyn avulla projektin työnjako selkiytyi, toteutustyön laatu parani ja toteutustiimin ja käyttöliittymäsuunnittelijoiden välinen kommunikaatio tehostui.

Inhibition of CYP1A2-mediated drug metabolism in vitro and in humans : With special emphasis on rofecoxib and other NSAIDs

The cytochrome P450 1A2 (CYP1A2) is one of the major metabolizing enzymes. The muscle relaxant tizanidine is a selective substrate of CYP1A2, and the non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) rofecoxib was thought to modestly in-hibit it. Cases suggesting an interaction between tizanidine and rofecoxib had been reported, but the mechanism was unknown. Also other NSAIDs are often used in combination with muscle relaxants. The aims of this study were to investigate the effect of rofecoxib, several other NSAIDs and female sex steroids on CYP1A2 ac-tivity in vitro and in vivo, and to evaluate the predictability of in vivo inhibition based on in vitro data. In vitro, the effect of several NSAIDs, female sex steroids and model inhibitors on CYP1A2 activity was studied in human liver microsomes, without and with preincubation. In placebo controlled, cross-over studies healthy volunteers ingested a single dose of tizanidine after a pretreament with the inhibitor (rofecoxib, tolfenamic acid or celecoxib) or placebo. Plasma (and urine) concentrations of tizanidine and its metabolites were measured, and the pharmacodynamic effects were recorded. A caffeine test was also performed. In vitro, fluvoxamine, tolfenamic acid, mefenamic acid and rofecoxib potently in-hibited CYP1A2. Ethinylestradiol, celecoxib, desogestrel and zolmitriptan were moderate, and etodolac, ciprofloxacin, etoricoxib and gestodene were weak inhibi-tors of CYP1A2. At 100 µM, other tested NSAIDs and steroids inhibited CYP1A2 less than 35%. Rofecoxib was found to be a mechanism-based inhibitor of CYP1A2. In vivo, rofecoxib greatly increased the plasma concentrations (over ten-fold) and the pharmacodynamic effects of tizanidine. Also the metabolism of caf-feine was impaired by rofecoxib. Despite the relatively strong in vitro CYP1A2 inhibitory effects, tolfenamic acid and celecoxib did not have a significant effect on tizanidine and caffeine concentrations in humans. Competitive inhibition model and the free plasma concentration of the inhibitor predicted well the effect of fluvoxam-ine and the lack of effect of tolfenamic acid and celecoxib on tizanidine concentra-tions in humans, and mechanism-based inhibition model explained the effects of rofecoxib. However, the effects of ciprofloxacin and oral contraceptives were un-derestimated from the in vitro data. Rofecoxib is a potent mechanism-based inhibitor of CYP1A2 in vitro and in vivo. This mechanism may be involved in the adverse cardiovascular effects of rofecoxib. Tolfenamic acid and celecoxib seem to be safe in combination with tizanidine, but mefenamic acid might have some effect on tizanidine concentrations in vivo. Con-sidering the mechanism of inhibition, and using the free plasma concentration of the inhibitor, many but not all CYP1A2 interactions can be predicted from in vitro data.

Medetomidiinin glukuronidaation inhibitio

Lääkeainemetabolialla tarkoitetaan entsymaattisia reaktioita, jotka muuttavat lääkeaineita paremmin elimistöstä poistuvaan muotoon. Lääkeaineet voivat vaikuttaa toistensa metaboliaan inhiboimalla tai indusoimalla metaboloivia entsyymejä. Tällaisten interaktioiden seurauksena lääkeaineen pitoisuus elimistössä voi kasvaa jopa toksiseksi tai vähentyä merkittävästi. Tämä on erityisesti ongelmana silloin, kun käytössä on useita lääkkeitä samanaikaisesti. Lääketutkimuksessa onkin keskitytty tällaisten interaktioiden ennustamiseen ja niitä yritetään välttää tai ainakin vähentää. Työssä tutkittiin medetomidiinia, jonka on äskettäin havaittu metaboloituvan UDP-glukuronosyylitransferaasien (UGT) välityksellä. Työn tarkoituksena oli löytää medetomidiinin glukuronidaatiota inhiboivia yhdisteitä. Lisäksi haluttiin selvittää mahdollisen inhibition mekanismeja. On yleistä tutkia tietyn entsyymin substraatin interaktioita muiden saman perheen entsyymien kanssa. On kuitenkin harvinaisempaa tutkia tällaisia interaktioita kahden eri entsyymiperheen välillä. Tässä työssä tutkittiin inhiboivatko mahdolliset sytokromi P450 -entsyymiä (CYP) inhiboivat yhdisteet myös medetomidiinia glukuronoivia UDP-glukuronosyylitransferaaseja. Glukuronidaation inhibitiota tutkittiin HPLC-menetelmällä, joka on kehitetty aiemmin medetomidiinin glukuronidaation tutkimiseen. Aluksi glukuronidaatiota tutkittiin ilman inhibiittoreita. Tämän jälkeen tutkittiin kolmen mahdollisen inhibiittoriyhdisteen vaikutuksia medetomidiinin glukuronidaatioon ja tuloksia verrattiin ilman inhibiittoria saatuihin tuloksiin. Kolmen tutkitun yhdisteen havaittiin inhiboivan medetomidiinin glukuronidaatiota. Tutkimuksessa havaittiin myös mielenkiintoinen ilmiö, jossa inhibiittoriyhdisteen sitoutuminen aiheutti entsyymikineettisiä muutoksia UDP-glukuronosyylitransferaasin toiminnassa. On mielenkiintoista, että samat yhdisteet inhiboivat sekä CYP- että UGT-metaboliaa. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että jos CYP ja UGT metaboloivat samaa yhdistettä, on mahdollista että yhdisteen rakenteelliset analogit aiheuttavat interaktioita molempien entsyymien kanssa. Uusia lääkeaineita kehitettäessä onkin otettava huomioon yleisesti tunnettujen CYP-entsyymien lisäksi myös UGT:t ja niiden mahdolliset yhteisvaikutukset.