Vliv terapeutické diety na enzymy metabolismu léčiv (u experimentálního modelu roztroušené sklerózy)

Bc. Marie CHVÁTALOVÁ

Master's thesis

Effects of therapeutic diet on drug-metabolizing enzymes (in experimental model of multiple sclerosis)

Abstract:

Diplomová práce se věnuje vlivu terapeutických diet na aktivitu a expresi enzymů zapojených do metabolismu léčiv u experimentálního myšího modelu roztroušené sklerózy (RS). Cílem bylo prozkoumat, zda specifické dietní režimy, konkrétně ketogenní (KETO) a vysokovlákninová (HFiD) dieta mohou ovlivnit funkci jaterních enzymů cytochromů P450 (CYP), a tím i schopnost organismu metabolizovat současně podávaná léčiva. K experimentům byl využit model experimentální autoimunitní encefalomyelitidy (EAE) u myší, který napodobuje hlavní patologické rysy RS. Myši byly rozděleny do tří skupin podle dietních režimů: kontrolní dieta, HFiD a KETO dieta. Z jaterní tkáně byla izolována mikrosomální frakce, ve které byla pomocí HPLC stanovena aktivita vybraných enzymů CYP. Dále byla stanovena exprese těchto enzymů na úrovni proteinu (Western blot) a mRNA (RT-qPCR). V buněčné linii HepG2-Lucia AhR byl sledován vliv butyrátu, propionátu a laktátu na transkripční aktivitu aryluhlovodíkového receptoru (AhR). Skupina myší na KETO dietě vykazovala sníženou aktivitu některých jaterních enzymů, konkrétně CYP2B a CYP2C. HFiD naopak vedla k poklesu enzymové aktivity většiny vybraných enzymů, přičemž indukovala pouze izoformu CYP2A, což potvrdil i signifikantní nárůst genové exprese Cyp2a5/4. Zajímavým zjištěním byla také schopnost butyrátu a částečně i propionátu aktivovat AhR, který je známý jako transkripční regulátor některých enzymů ze skupiny CYP. Dietní intervence představují slibný podpůrný přístup v léčbě RS, avšak jejich možný vliv na metabolismus léčiv je třeba důkladně zohlednit. Pro bezpečné zavádění terapeutických diet do klinické praxe je klíčové porozumět jejich interakcím s farmakoterapií, zejména u chronicky léčených pacientů.

Abstract:

This thesis focuses on the impact of therapeutic diets on the activity and expression of enzymes involved in drug metabolism in the experimental model of multiple sclerosis (MS). The aim was to investigate whether specific dietary regimens - namely the ketogenic (KETO) and high-fiber (HFiD) diets - may influence the function of hepatic cytochrome P450 (CYP) enzymes and thereby affect the organism's ability to metabolize drugs. The experiments were conducted using a mouse model of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), which mimics key pathological features of MS. The mice were divided into three dietary groups: control diet, HFiD, and KETO diet. Microsomal fractions were isolated from liver tissue, and the activities of selected CYP enzymes were evaluated using HPLC methods. Additionally, the expression of these enzymes was assessed at both the protein level (Western blot) and the mRNA level (RT-qPCR). The effect of butyrate, propionate, and lactate on the transcriptional activity of the aryl hydrocarbon receptor (AhR) was evaluated in the HepG2-Lucia AhR cell line. The group of mice on the KETO diet showed reduced activity of certain hepatic enzymes, namely CYP2B and CYP2C. In contrast, the HFiD resulted in decreased activity of most of the selected enzymes, with the exception of the CYP2A isoform, which was induced, as confirmed by a significant increase in Cyp2a5/4 gene expression. Notably, butyrate and, to a lesser extent, propionate demonstrated the ability to activate AhR, a transcription factor involved in the regulation of several CYP enzymes. Dietary interventions represent a promising supportive approach in the treatment of MS; however, their potential impact on drug metabolism must be carefully considered. A thorough understanding of diet-drug interactions is essential for the safe implementation of therapeutic diets in clinical practice, particularly in chronically treated patients.

Keywords

Dieta, Metabolismus léčiv, Cytochromy P450, Mikrosomální frakce, Roztroušená skleróza

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 5. 2025

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Lenka Jourová, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Bioorganic Chemistry and Chemical Biology / Bioorganic Chemistry and Chemical Biology