Enantiospecifické interakce mezi klinicky užívanými chirálními léčivy a regulačními drahami humánních cytochromů P450

Mgr. Martina ŠTĚPÁNKOVÁ

Doctoral thesis

Enantiospecific interactions between clinically used chiral drugs and regulatory pathways of human cytochromes P450

Abstract:

Farmaceutický průmysl produkuje velké množství chirálních léčiv s důrazem na rozvoj a využití enantio-čistých léčiv. Četné studie prokázaly, že se účinky jednotlivých enantiomerů kvalitativně i kvantitativně liší na farmakokinetické, farmakodynamické, toxikokinetické a toxikodynamické úrovni. Z tohoto důvodu bývá eliminace neaktivního isomeru v některých případech výhodná, jelikož se zmírní vedlejší účinky léčiva. V jiných případech je však pro požadovaný terapeutický účinek vhodnější racemát. Z toho důvodu hraje studium enantiospecifických interakcí mezi jednotlivými optickými izomery chirálních léčiv a enzymy metabolizující léčiva důležitou roli pro zajištění efektivní a bezpečné léčby. Z tohoto důvodu jsem studovala jednotlivé izomery klinicky používaných léčiv často předepisovaných pro léčbu hypertenze (benidipin, felodipin, and isradipin) a hypercholesterolémie (atorvastatin, fluvastatin, and rosuvastatin) a jejich vliv na aktivitu transkripčních regulátorů cytochromů P450 (CYP), konkrétně pregnanového X receptoru (PXR), aryl uhlovodíkového receptoru (AhR) a glukokortikoidního receptoru (GR), pomocí reportérových esejí a gelové retardační analýzy (EMSA). Dále byly hodnoceny účinky testovaných stereoizomerů na expresi CYP450 enzymů metabolizujících léčiva za použití Simple western blottingu a kvantitativní PCR (qPCR) na úrovni proteinů a mRNA. Celkově jsem došla k zajímavému zjištění, že atorvastatin, fluvastatin a rosuvastatin enantiospecificky aktivují PXR a indukují geny CYP2A6, CYP2B6 a CYP3A4. Dále benidipin, felodipin a isradipin enantiospecificky aktivují AhR a indukují geny CYP1A1 a CYP1A2 a zároveň ne-enantiospecificky aktivují PXR a indukují geny CYP2A6, CYP2B6 a CYP3A4. Získaná data mohou mít toxikologický a klinický význam.

Abstract:

The pharmaceutical industry produces many chiral drugs with an emphasis on the development and introduction of more enantiopure drugs for pharmacotherapy. Numerous studies have revealed that individual enantiomers of a chiral drug can qualitatively and quantitatively differ in their biological activities, including pharmacokinetics, pharmacodynamics, toxicokinetics, and toxicodynamics. For this reason, elimination of the inactive isomer in some cases can be advantageous, because it can reduce adverse effects of the drug. In other cases, however, the racemate is more beneficial. Therefore, research on enantiospecific interactions between individual optical isomers of chiral drugs and drug-metabolizing enzymes is crucial for an effective and safe treatment. I have studied single isomers of clinically used drugs prescribed for hypertension (benidipine, felodipine, and isradipine) and hypercholesterolaemia (atorvastatin, fluvastatin, and rosuvastatin) and their influence on the activity of cytochrome P450 (CYP) transcriptional regulators, including pregnane X receptor (PXR), aryl hydrocarbon receptor (AhR) and glucocorticoid receptor (GR) by the means of gene reporter assays and an electrophoretic mobility shift assay (EMSA). Moreover, effects of the tested stereoisomers on the expression of drug-metabolizing P450s were evaluated using Simple western blotting and quantitative PCR (qPCR) for quantification of proteins and mRNAs, respectively. Overall, I showed that atorvastatin, fluvastatin and rosuvastatin enantiospecifically activate PXR and induce genes CYP2A6, CYP2B6 and CYP3A4. The calcium channel blockers benidipine, felodipine and isradipine enantiospecifically activated AhR and induced genes CYP1A1 and CYP1A2, while they non-enantiospecifically activated PXR and induced genes CYP2A6, CYP2B6, and CYP3A4. The data obtained may have toxicological and clinical implications.

Keywords

enantio-čistá léčiva, cytochrom P450, xenoreceptory, statiny, dihydropyridiny

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 4. 9. 2017
• Supervisor: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, DrSc.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology