Structure-Activity Relationships of Efflux Transporter Inhibitors

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4800-1
Title: Structure-Activity Relationships of Efflux Transporter Inhibitors
Author: Deng, Feng
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Division of Pharmaceutical Biosciences
Doctoral Programme in Drug Research
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Breast cancer resistance protein (BCRP), multidrug resistance associated protein 2 (MRP2), and permeability glycoprotein (P-gp, also known as multidrug resistance protein 1 or MDR1) are all well-studied efflux drug transporters that are expressed in the cells of many physiological barriers, where they restrict the entry and facilitate the elimination of various harmful compounds. Their substrates are chemically diverse, including drugs, dietary compounds, and endogenous metabolites. Due to their protective nature, a disruption of their transport function, by drug-drug interaction for instance, may lead to an altered exposure and adverse effects of their substrates. Therefore, it is necessary to evaluate transporter inhibition early on in drug development. Vesicular transport (VT) assay is a widely used in vitro technique in substrate and inhibition studies. In this thesis, the optimization of the VT assay with the addition of albumin was explored. Up to a two-fold improvement in transport activity was observed, but in relation to many sources of variability that affect the VT assay, such as interlaboratory variability and addition of cholesterol in membrane vesicles, the improvement was rather modest and likely insignificant for IVIVE. While the inhibition of drug transporters by food is well reported, less is known about food additives that are abundant in all processed food. A set of 26 food additives, including colorants, preservatives, and sweeteners, was examined using the VT assay for drug transporter inhibition. The MRP2 and BCRP, in particular, were strongly inhibited by the azo dyes used as colorants. The results indicated that food additives may have an impact on the bioavailability of oral medications but further whole cells studies are required to confirm the impact of these findings. Although numerous drug transporter inhibitors are known, the structural and physicochemical basis of inhibition remains generally undiscovered. The structure-activity relationship (SAR) of 114 compounds, divided into 5 subgroups, were studied using the vesicular transport assay in order to identify important structural features of MRP2 inhibition. In addition, pharmacophore models for each subgroup were also developed. The SAR of BCRP, MRP2, and P-gp inhibition was further studied with a smaller set of compounds and computational docking. The results suggested that anionic charge and halogen substitution were beneficial but not required for MRP2 inhibition. On the other hand, while lipophilicity increased P-gp inhibition, the negative charge and halogen substitution were detrimental for it. In addition, docking scores were found to have a good correlation with in vitro activity in certain subgroups and single protein residue interactions important for inhibition were identified.Lääkkeiden kulkeutuminen elimistössä solukalvojen läpi on riippuvaista lääkeaineiden fysikokemiallisista ominaisuuksista, joita ovat esimerkiksi vesi- sekä rasvaliukoisuus, ionisoituminen ja molekyylimassa. Pienikokoinen rasvaliukoinen lääke voi imeytyä ja kerääntyä elimistöön helposti, kun taas suurikokoisella, vesiliukoisella yhdisteellä voi olla vaikeuksia päästä solukalvojen läpi. Solukalvoilla ilmentyvät kuljetinproteiinit voivat kuitenkin muokata lääkkeiden kulkeutumista edesauttamalla näiden kulkeutumista solukalvon yli. ATP:ta energiana käyttävät rintasyöpäresistenssiproteiini (engl. breast cancer resistance protein, BCRP), monilääkeresistenssiin liittyvä proteiini 2 (engl. multidrug resistance associated protein 2, MRP2) ja P-glykoproteiini (engl. permeability glycoprotein, P-gp) ovat tunnetuimpia ABC-kuljetinproteiineja, jotka kykenevät vaikuttamaan lääkkeiden kulkeutumiseen. Ne ilmentyvät terveissä kudoksissa, esimerkiksi suolistossa, maksassa, munuaisissa ja veri-aivoesteessä, mutta mahdollisesti myös kasvaimissa, joissa ne suojaavat syöpäsoluja sytotoksisilta yhdisteiltä. Kuljetinproteiinien toiminnan estäminen eli inhibitio voi mahdollisesti muuttaa lääkehoidon vastetta ja aiheuttaa vakavia haittavaikutuksia. Moni lääkeaine kykenee inhiboimaan kuljetinproteiineja, mutta inhibition mekanismia proteiinitasolla ei tunneta, ja siksi sitä on vaikea ennustaa. Lääkeaineiden lisäksi myös muut yhdisteet, kuten elintarvikkeiden lisäaineet voivat vuorovaikuttaa kuljetinproteiinien kanssa. Tässä väitöskirjassa kuljetinproteiini-inhibitioita tutkittiin vesikkelikuljetuskokeella, joka on yleisesti käytetty in vitro -menetelmä. Kuljetuskokeiden lisäksi tietokoneavusteista telakointia hyödynnettiin BCRP-, MRP2- ja P-gp-inhibiittoreiden rakenne-aktiivisuussuhteiden ja inhibitio-mekanismin arviointiin. Tulosten perusteella negatiivinen varaus ja halogeeniryhmät edesauttoivat MRP2-inhibitiota, kun taas P-gp:llä ne heikensivät inhibitiota. Sen sijaan tutkittavan yhdisteen rasvaliukoisuudella oli positiivinen vaikutus P-gp-inhibitioon. Telakointitutkimukset paljastivat MRP2- ja P-gp-proteiineissa useita aminohappotähteitä, joilla voi olla merkitystä inhibition kannalta. Tässä väitöskirjassa kartoitettiin myös 25 elintarvikkeissa käytettävän väri-, makeutus- ja säilöntäaineen kykyä inhiboida kuljetinproteiinien toimintaa. In vitro -tulosten mukaan etenkin atsoväreillä oli voimakkaita vuorovaikutuksia BCRP:n ja MRP2:n kanssa, mutta tulosten käytännön merkitys tulisi varmistaa solukokeilla. Lopuksi väitöstyössä havaittiin, että albumiinin lisäys vesikkelikokeessa tehostaa BCRP:n ja MRP2:n toimintaa. Vaikutus voi mahdollisesti johtua albumiinin kyvystä sitoa kuljetusta heikentäviä rasvahappoja. Kuljetusaktiivisuuden paraneminen ei kuitenkaan liene merkittävä in vivo -ekstrapolaatioiden kannalta.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4800-1
http://hdl.handle.net/10138/296431
Date: 2019-02-14
Subject: Farmasia
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
structur.pdf 1.518Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record