In vitro evaluation of the pharmacokinetic effects of BCRP interactions

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3470-7
Title: In vitro evaluation of the pharmacokinetic effects of BCRP interactions
Author: Sjöstedt, Noora
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Division of Pharmaceutical Biosciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
Abstract: Transport proteins embedded in the cell membranes of many organs can affect the absorption, distribution and elimination of numerous drugs. This can lead to the enhanced or restricted uptake or distribution of the drugs, nonlinear pharmacokinetics, transporter-mediated drug-drug interactions (DDIs) and inter-individual variability. Transporters may therefore alter the safety and efficacy of drugs, thus it is important to study drug-transporter interactions in drug development. The breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2) is one of the transporters involved in drug disposition. It belongs to the ATP-binding cassette (ABC) transporter family and uses ATP to expel drugs and other substrates out from cells. BCRP was initially found to cause drug resistance in cancer cell lines, but it is also expressed in healthy tissues such as the intestine, liver and blood-brain barrier, where it is one of the transporters limiting the uptake of many structurally diverse compounds. Despite interest in BCRP and other ABC transporters, it remains poorly understood how they recognize their substrates and which chemical structures are liable to interaction. In this thesis, a vesicle-based in vitro method was used to study the ligand preferences of BCRP. The results were compared to those obtained for the multidrug resistance associated protein 2 (MRP2, ABCC2), which is also implicated in drug transport. The results show that a range of natural compounds and their derivatives are able to inhibit BCRP transport and among these, flavonoids were identified as the most important group for inhibition. Conversely, MRP2 transport was affected by only few of the tested compounds. However, a more similar pattern of inhibition was seen for the two transporters when selected food additives were studied, where several food colourants were identified as inhibitors. In addition, the effect of one assay component (bovine serum albumin, BSA) on the in vitro transport kinetics of BCRP and MRP2 was evaluated. The inclusion of BSA in the vesicle assay lead to moderate changes (up to 2-fold) in transport activity, but the effects on in vitro − in vivo extrapolation are expected to be minor, at least based on the tested compounds. Finally, the vesicle assay was used to study the functionality of selected BCRP variants with polymorphisms in the transmembrane helices and they were found to have significantly impaired transport activity and expression compared to wild type BCRP. In summary, the vesicle-based transport assay was successfully applied to identify and evaluate the effects that BCRP interactions may have on the pharmacokinetics of BCRP substrates.Lääkkeiden kulkuun elimistössä voivat vaikuttaa kuljetinproteiinit, joita ilmenee monien kudosten solukalvoilla. Nämä proteiinit voivat edistää tai estää lääkkeiden imeytymistä ja jakautumista kudoksiin, aiheuttaa yksilöiden välistä vaihtelua tai välittää lääkeinteraktiota. Näin ollen kuljetinproteiinit voivat vaikuttaa lääkeaineiden tehoon ja turvallisuuteen minkä vuoksi on tärkeää tutkia kuljetinproteiinien toimintaa sekä vuorovaikutusta lääkkeiden kanssa. Rintasyöpäresistenssiproteiini (engl. breast cancer resistance protein, BCRP) on yksi lääkeaineiden kulkuun vaikuttava ABC-perheen kuljetinproteiini. ATP:sta saamansa energian avulla se poistaa lääkkeitä ja muita yhdisteitä soluista suojaten elimistöä. BCRP tunnistettiin alun perin syöpälääkkeille vastustuskykyisistä soluista, mutta sitä ilmentyy myös terveissä kudoksissa kuten suolessa, maksassa ja veri-aivoesteessä, joissa se rajoittaa monenlaisten yhdisteiden kulkua. On epäselvää, miten BCRP on vuorovaikutuksessa kuljettamiensa yhdisteiden kanssa ja mitkä rakenteelliset ominaisuudet ovat tärkeitä tälle vuorovaikutukselle. Tässä väitöskirjassa tutkittiin BCRP:n vuorovaikutusta erilaisten yhdisteiden kanssa, mukaan lukien jotkin luonnonaineet, luonnonainejohdannaiset ja elintarvikkeiden lisäaineet. Näitä tuloksia verrattiin monilääkeresistenssiin liittyvän proteiinin 2 (engl. multidrug resistance associated protein 2, MRP2) tutkimuksissa saatuihin tuloksiin. Myös MRP2 osallistuu joidenkin lääkeaineiden kuljetukseen elimistössä. Solukalvovesikkeleihin perustuvan in vitro – koeasetelman tulosten perustella useat luonnonaineet, erityisesti flavonoidit, voivat estää BCRP:n toimintaa. Vain harva näistä yhdisteistä vaikutti MRP2:n toiminaan, mutta lisäainetutkimuksissa löydettiin useita väriaineita, jotka estivät molempia kuljetinproteiineja. Näin ollen on mahdollista, että ravinnosta saadut yhdisteet voivat estää BCRP:n toimintaa, mutta riski MRP2-vuorovaikutukseen on pienempi. Väitöskirjassa tutkittiin myös, miten albumiinin lisääminen muuttaa näiden proteiinien toimintaa käytetyssä vesikkelikokeessa. Albumiini tehosti kuljetusta hieman (enintään kaksinkertaiseksi), mutta oletettu vaikutus in vivo ennusteisiin on ainakin tässä tutkimuksessa tutkittujen aineiden perusteella vähäinen. Viimeisenä vesikkelikokeen avulla tutkittiin valikoitujen BCRP:n perinnöllisten varianttien toimintaa ja todettiin, että BCRP:n solukalvoja läpäisevissä osissa olevat muutokset voivat vaikuttaa haitallisesti sen ilmentymiseen ja kuljetuskykyyn.
URI: URN:ISBN:978-951-51-3470-7
http://hdl.handle.net/10138/186252
Date: 2017-06-16
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
invitroe.pdf 1.772Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record