Mehrfach ungesättigte omega-3 Fettsäuren (n-3 PUFAs), wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA), schützen vor kardiovaskulären Erkrankungen, wie tödlichen Arrhythmien. In vitro Untersuchungen belegen, dass rekombinante Cytochrom P450 (CYP) Enzyme nicht nur die n-6 PUFA Arachidonsäure (AA), sondern auch die n-3 PUFAs EPA und DHA als alternative Substrate verwenden. Dabei entstehen bioaktive regio- und stereoisomere Epoxy- und Hydroxymetaboliten, CYP-Eicosanoide, die als sekundäre Botenstoffe bei der Regulation von Gefäß-, Nieren- und Herzfunktionen fungieren. Die genauen molekularen Mechanismen dieser Metabolite sind noch weitgehend unerforscht. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst der ernährungsbedingte Einfluss auf das endogene CYP-Eicosanoidprofil im Menschen untersucht. Die Ergebnisse der klinischen Studie zeigten, dass n-3 PUFAs auch in vivo alternative Substrate von CYP-Enzymen darstellen und wenn verfügbar sogar effektiver zu ihren Metaboliten umgesetzt wurden als AA. Als ein wichtiger Metabolit entsteht nach EPA/DHA-Supplementation 17,18-EEQ, welcher womöglich der eigentliche Vermittler der kardioprotektiven Effekte von n-3 PUFAs ist. Unter Verwendung eines etablierten Zellmodells mit spontan schlagenden neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRKMs) wurde der anti-arrhythmische Effekte von 17,18-EEQ genauer untersucht. Der negativ chronotrope Effekt von EPA auf NRKMs wurde tatsächlich durch 17,18-EEQ vermittelt, insbesondere dem R,S-Enantiomer. Mittels Strukturfunktionsanalyse wurden synthetische Analoga mit gleicher Wirksamkeit wie dem 7,18-EEQ gefunden, wobei strikte strukturelle Merkmale für die biologische Funktion identifiziert wurden. Die Suche nach einem molekularen Ziel für CYP-Epoxyeicosanoide führte zu einem möglichen Rezeptorkandidaten, der hinsichtlich seiner Ligandenspezifität untersucht wurde. Dieser oder zukünftige andere Rezeptorkandidaten stellen ein mögliches neues zelluläres Ziel zur Behandlung kardialer Arrhythmien dar. / The n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), protect from cardiovascular disease, especially from fetal arrhythmia. Moreover, in vitro studies proved that recombinant cytochrome P450 (CYP) enzymes not only accept the physiologically most important n-6 PUFA arachidonic acid (AA), but also EPA and DHA as alternative substrates, thereby generating regio- and stereospecific biologically active epoxy- and hydroxymetabolites, CYP-eicosanoids. These metabolites serve as second messengers regulating vascular, renal and cardiac function. The precise underlying molecular mechanisms are only partially understood and need further investigation. The first aim of the thesis was to show that the endogenous CYP-eicosanoid profile depends on the availability of the precursor fatty acids. The results of a clinical trial with 20 volunteers, show that n-3 PUFAs serve also in vivo as alternative CYP-dependent substrates and are even preferentially metabolized compared to AA. After EPA/DHA-supplementation 17,18 EEQ was generated as a major metabolite, potentially an important mediator of cardiovascular effects originally attributed to n-3 PUFAs. To test the anti-arrhythmic effect of EPA and 17,18-EEQ, an established cell model with neonatal rat cardiomyocytes (NRKMs) was used. The negative chronotropic effect of EPA was mimicked by 17,18-EEQ, attributed only to the R,S-enantiomer. A structure activity relationship study revealed synthetic analogs, exerting the same biological effect as 17,18-EEQ. Strict structural requirements were found for agonistic function, hinting at a specific interaction with cellular targets, like GPCRs. The search of a molecular target of CYP-eicosanoids led to a putative receptor, which was tested for ligand binding specificity. If the preliminary results on the ligand binding are confirmed in future experiments this receptor might be a novel target for the treatment of cardiac arrhythmia.

Im Bereich der medikamentösen antidepressiven Therapie ist die Bedeutung von erblichen Polymorphismen arzneistoffmetabolisierender Enzyme bereits in vielen Studien untersucht und gezeigt worden. Die meisten Antidepressiva werden über polymorphe Cytochrom-P450-Enzyme verstoffwechselt. Diese Arbeit befasst sich mit der Fragestellung, ob die Häufigkeitsverteilung der CYP2D6-, CYP2C19- und CYP2C9-Allele in der an Depression erkrankten Studienpopulation sich von der in der Normalbevölkerung unterscheidet und ob Veränderungen in der Pharmakokinetik, wie sie durch Cytochrom-P450-Polymorphismen verursacht werden, unter normalen klinischen Bedingungen Auswirkungen auf die Wirksamkeit der antidepressiven Therapie, die Nebenwirkungsrate und den Verlauf der Erkrankung haben. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 334 Patienten auf die häufigsten CYP2D6-Allele (*3,*4,*5,*6 und Duplikation) und CYP2C19- und CYP2C9-Allele *2 und *3 mittels Genotypisierung untersucht. Die Bestimmung der seltener auftretender CYP2D6-Allele (*8,*9,*10,*17,*2 und *41) erfolgte zusätzlich bei 200 Patienten. Die entsprechenden klinischen Fragebögen mit Angaben zur Anamnese, Schwere der Erkrankung, Therapieverlauf und Nebenwirkungsprofil wurden von 233 Patienten in Abhängigkeit des CYP2D6- und CYP2C19-Genotyps ausgewertet. Für die Beurteilung des Langzeittherapieverlaufs standen jedoch deutlich weniger Patientendaten zur Verfügung, so dass die Ergebnisse zum Teil nur für den CYPD6-Genotyp ausgewertet werden konnten. Die genetischen Analysen ergaben, dass die Häufigkeitsverteilung der CYP2D6-, CYP2C19- und CYP2C9-Polymorphismen in der untersuchten Studienpopulation keine signifikante Änderung im Vergleich zur Normalbevölkerung aufwies. Während der Einfluss der CYP2D6-Genotypen auf pharmakokinetische Parameter eindeutig nachgewiesen ist, konnten die Ergebnisse dieser Arbeit weitestgehend keinen Zusammenhang zwischen der Schwere der Depression, der Therapieresponse, der Häufigkeit und Schwere der Nebenwirkungen und dem CYP2D6- und CYP2C19-Genotyp herstellen. / The importance of genetic polymorphisms of drug metablizing enzymes have been already investigated und proved in many studies before. Most of antidepressants are metabolized by cytochrome P450 enzymes. The aim of this study was to determine if there is a difference in the distribution of CYP2D6-, CYP2C19- and CYP2C9-allels in inpatients with major depression in comparison to the healthy population and if changes in the pharmacokinatic, created by cytochrome P450 polymorphisms, can be have effects on the efficacy of antidepressant therapy, rate of intolerable side effects and development of the depression. We examined 334 patients by genotyping for the most important CYP2D6-allels (*3,*4,*6,*5 und duplication) and the CYP2C19- and CYP2C9-allels *2 and *3. Further 200 patients were tested for the more infrequent CYP2D6-allels (*8,*9,*10,*17,*2 and *41). The corresponding clinical questionnaires containing informations about the anamnesis, severity of the desease, therapeutic outcome and intolerable side effects have been evaluated of 233 patients in dependence of the CYP2D6- and CYP2C19-genotype. There were significant less clinical datas for the evaluation of long term therapy response be available, so that the results could be partially only analysed for the CYP2D6-genotype. The genetic analysis detected that the distribution of the CYP2D6-, CYP2C19- and CYP2C9-polymorphismen in the study population didn´t reached significant changes in comparison to the healthy population. While the influence of CYP2D6-genotypes on pharmacokinatic parameters is clear demonstrated, the results of this study mainly couldn´t establish a relation between the severity of depression, therapeutic response, frequency and severity of side effects and the CYP2D6 and CYP2C19-genotype.

L'acide tiénilique (AT) est un diurétique responsable d'hépatite autoimmunes. Dans le sérum des patients on retrouve des autoanticorps (anti-LKM2) dirigés contre les cytochromes P450 impliquées dans la métabolisation de l'AT et de son isomère (TAI) La première partie concerne la détermination de la nature de l'entité réactive du TAI au moyen d'un piègeage par le mercaptoethanol. Deux sulfoxydes des dihydrothiophène ont été caractérisés qui nous permettent de proposer un sulfoxyde de thiophène. En présence d'un excès de mercaptoethanol, ces deux métabolites de piègeage évoluent en une succession de plusieurs métabolites. Afin de généraliser à l'ensemble des cytochromes P-450 , nous avons mis en évidence ce nouveau métabolisme successivement in vivo chez le rat, in vitro chez l'homme, et dans un système modèle constitué par des microsomes de levures Saccharomyces cerevisiae recombinées exprimant le P-450 IIC9 ou le P450 IIC10. Ces 2 cytochromes P450 possèdent une activité d'oxydation vis à vis de l'AT et du TAI. Dans la deuxième partie de ce travail nous avons fixé l'AT sur de la sérumalbumine de boeuf. La protéine obtenue est immunogène chez le lapin et les anticorps obtenus (anti-ATles métabolites de l'AT et du TAI fixés ) reconnaissent en Elisa de façon covalente sur les protéines microsomales. Ces anticorps seront un outil puissant pour étudier la fixation covalente des métabolites de l'AT .

<p>The main thesis hub was on development of two electrochemical biosensors for the determination of 17&beta / -estradiol: an estrogenic endocrine disrupting compound. Endocronology have significantly shown that the endocrine disruptors contribute tremendously to health problems encountered by living species today, problems such as breast cancer, reproductive abnormalities, a decline in male population most significant to aquatic vertebrates, reduced fertility and other infinite abnormalities recurring in the reproductive system of mostly male species. The first biosensor developed for the detection of 17&beta / -estradiol endocrine disrupting compound / consisted of an electro-active polymeric 3-mercaptoprorionic acid capped zinc selenide quantum dots cross linked to horseradish peroxidase (HRP) enzyme as a bio-recognition element. The second biosensor developed was comprised of cysteamine self assembled to gold electrode, with 3-mercaptopropionic acid capped zinc selenide quantum dots cross linked to cytochrome P450-3A4 (CYP3A4) enzyme in the presence of 1-ethyl-3-(3- dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride and succinimide.</p>

Bei der adjuvanten Immuntherapie soll das Immunsystem von Tumorpatienten gezielt gegen Mikrometastasen aktiviert werden, die nach der operativen Entfernung des Primärtumors im Körper verbleiben. Tumor-assoziierte Antigene (TAA) spielen dabei die zentrale Rolle. Um der Heterogenität eines Tumors in der Expression einzelner TAAs Rechnung zu tragen, werden in modernen Vakzinierungsstrategien Pools von verschiedenen TAAs eingesetzt. Für das Mammakarzinom sind aber bislang nur wenige TAAs bekannt. Auf der Suche nach unbekannten Genen mit Mamma- bzw. Mammakarzinom-restringierter Expression in der Transkriptomdatenbank GeneExpress® wurde ein EST gefunden, das nur in 2 % der getesteten weibl. Normalgewebe ohne Mamma mit einer marginalen mittleren Expression von 16 FE (Fluoreszenzeinheit) detektiert wurde, aber in 63 % der Mammanormalgewebe (159 FE) und in 61 % der Mammakarzinome (339 FE) exprimiert wurde. Das korrespondierende UniGene-Cluster gab erste Hinweise auf die Zugehörigkeit dieses neuen Gens zu der Cytochrom P450 (CYP) Familie. Durch computergestützte Homologievergleiche mit verwandten Mitgliedern dieser Familie in Kombination mit RT-PCR konnte die cDNA-Sequenz dieses neuen CYP ermittelt werden: Durch Amplifikation der Gesamtlängen-cDNA wurden drei Transkripte in der Mammakarzinomzelllinie SK-BR-3 gefunden, die von zwei neuen CYP Genen stammen, CYP4Z1 und dem Pseudogen CYP4Z2P. Die cDNA von CYP4Z1 kodiert für ein 505 As großes Protein, das aufgrund von Homologien einer neuen Subfamilie innerhalb der CYP4 Familie zugeordnet werden kann. Sowohl die Sequenz als auch die vorhergesagte Sekundärstruktur zeigen alle charakteristischen Merkmale eines funktionellen Mitglieds dieser Familie. Aufgrund einer Nonsensemutation in Exon 8 kodiert die cDNA von CYP4Z2P (1436 bp) für ein verkürztes, nichtfunktionelles P450 von 340 As, das zu 96% identisch mit P450 4Z1 ist. Außerdem wurde in SK-BR-3 eine Spleißvariante von CYP4Z1 identifiziert. CYP4Z1 (50,8 kb) und CYP4Z2P (57,3 kb) liegen auf Chromosom 1p33-p34.1 und bestehen aus 12 Exons mit konservierten Exon-Intron-Grenzen. CYP4Z2P ist aus einer inversen Duplikation von CYP4Z1 hervorgegangen. Mittels Realtime RT-PCR mit cDNA von 17 Normalgeweben von gepoolten Spendern und von Mammakarzinomen konnte die auf Brustdrüsengewebe restringierte Expression beider Gene demonstriert werden: Die Expression von CYP4Z1 war in Mammakarzinomgewebe 3,6-mal höher als in Mammanormalgewebe, 60-mal höher als in Lunge und 84-mal höher als in Leber. Alle anderen getesteten weibl. Normalgewebe zeigten eine noch geringere Expression. Ein ähnlich stringentes Expressionsprofil ergab die Analyse von CYP4Z2P, allerdings mit einer deutlich niedrigeren Expressionsstärke. Das Mamma-restringierte Expressionsverhalten von CYP4Z1 wurde durch einen ?Cancer-Profiling-Array? (241 Tumor-/Normalgewebepaare von 13 Gewebetypen) bestätigt. Damit konnte gezeigt werden, dass CYP4Z1 bei 52 % der getesteten 50 Brustkrebspatientinnen im Tumor versus peritumoralem Normalgewebe überexprimiert war. Mit einem spezifischen Kaninchen-Antiserum konnte die Expression von P450 4Z1 Protein sowohl in CYP4Z1-transduzierten Zelllinien als auch in Mammagewebeproben mittels Western-Blot nachgewiesen werden. Konfokale Laser-Scanning Mikroskopie von MCF-7 Zellen, die das Fusionsprotein CYP4Z1-EGFP exprimierten, und die subzelluläre Fraktionierung der CYP4Z1-Transduktanten zeigten P450 4Z1 als integrales Membranprotein des endoplasmatischen Retikulums (ER). Für die Lokalisation und die Zurückhaltung im ER ohne Recycling aus dem Prä-Golgiapparat sind die ersten 32 As erforderlich, was Studien mit unterschiedlichen Deletionsmutanten aus der N-terminalen Sequenz von 4Z1 zeigten. Die Entdeckung eines neuen Mamma-spezifisch exprimierten P450 Enzyms eröffnet neue Möglichkeiten sowohl in Hinsicht auf eine Immuntherapie von Brustkrebs als auch für die Entwicklung neuer Chemotherapeutika, die spezifisch durch P450 4Z1 am Tumorort umgesetzt werden können.

Effects of man made pollutants on an ecosystem are initiated at the cellular level where a prime determinant for survival of an organism is its ability to metabolise and excrete toxic chemicals or their metabolites, thereby preventing cellular toxicity or damage to germ cell DNA. Cytochrome P450 (CYP) enzymes are responsible (in concert with the remainder of the Ah battery enzymes) for the metabolism of numerous xenobiotics and endogenous compounds, including the metabolic activation of most environmental toxic chemicals and carcinogens. Genetic polymorphisms which affect performance of these enzymatic detoxification systems may alter tolerance to pollutants and thus survival in polluted environments. Alterations in the susceptibility of individuals and the development of resistant populations has arisen by forced selection of populations with variant genes, resulting in increased detoxification capacity. There is evidence for such scenarios of variations in activities of pollutant biotransforming enzymes of fish contributing to survival in polluted estuarine environments and several chemically resistant populations have been identified in the USA and Europe. In fish it has been demonstrated that CYP1A enzyme activity is required to activate some carcinogenic xenobiotics to a metabolic state in which they can form DNA adducts. The mechanism of reduced CYP1A expression in highly contaminated populations may therefore represent resistance to chemical stressors. European flounder (Platichthys flesus) from some waterways which have a long history of severe sedimentary contamination do not show elevated levels of CYP1A. The aim of the current study was to investigate whether any heritable differences were apparent between offspring from parents inhabiting long-term polluted and pristine areas. Flounder were obtained from a highly polluted estuary in the UK and crossed with fish from a relatively pristine environment. Offspring were raised in communal tanks in order to standardise environmental conditions, and allow investigations into the genetic variation of CYP1A. To allow identification of offspring to parental fish, polymorphic microsatellite loci were isolated and characterised for the flounder. Novel cDNA probes to transcription factors in the detoxification pathway (AhR2 and ARNT2) were cloned for flounder, and RT-PCR / Southern blot methods were developed for quantitation of gene transcript levels. A novel method of CYP1A quantification using real-time PCR was developed. PAH and PCB exposure trials were carried out on mixed batch offspring, and CYP1A gene transcript levels assessed using Northern blot and real-time PCR techniques. Offspring were genotyped to their parents using the microsatellites obtained, and CYP1A transcript levels were correlated with clean and polluted areas. CYP1A was further correlated to transcription factor expression, and data are presented. Following exposure to the commercial PCB mixture, Aroclor 1254, CYP1A transcript levels were found to be significantly lower in families whose parents originated from a polluted area. This observation indicates that there is a possible genetic component to variation in CYP1A levels, and that these fish may have acquired a heritable tolerance to polluted areas. The lack of induction, or correlation with CYP1A levels, of AhR2 and ARNT2 expression indicates a possible AhR independent pathway for the metabolism of PCBs in the flounder. © Tom Dixon 2003 http://www.tomdixon.org

The dioxygenase-cytochrome P450 fusion proteins (DOX-CYP) comprise a heme-containing enzyme family that shares structural and catalytic properties with mammalian prostaglandin H (PGH) synthases. 7,8-Linoleate diol synthase (7,8-LDS) of Gaeumannomyces graminis was first characterized, and DOX-CYP enzymes are of mechanistic and biological interest. The growing number of fungal genome sequences has revealed DOX-CYP homologues in medically and economically important species. The aim of this thesis was to identify novel members of the DOX-CYP fusion protein family. The devastating rice pathogen Magnaporthe oryzae contains two DOX-CYP genes. The fungus synthesizes 7S,8S-dihydroxyoctadecadienoic acid (7,8-DiHODE) by dioxygenation of linoleic acid to 8R-hydroperoxyoctadecadienoic acid (8R-HPODE), and subsequent isomerisation to the diol. 7,8-LDS of M. oryzae was identified by gene deletion, but the infection and reproduction processes of the Δ7,8-LDS strain were not altered. A mutant with constitutive protein kinase A activity profoundly changed the oxygenation profile, possibly due to post-translational modification. The human pathogens Aspergillus fumigatus and A. clavatus contain three DOX-CYP, designated psi producing oxygenase A (ppoA), ppoB, and ppoC, and form three oxylipins: 5S,8R-DiHODE, 8R,11S-DiHODE, and 10R-hydroxyoctadecadienoic acid.  PpoA was identified as 5,8-LDS, and ppoC as 10R-DOX. The 8,11-linoleate hydroperoxide isomerase activity was reduced by two imidazole-containing P450 inhibitors, miconazole and 1-benzylimidazole. PpoB could not be linked to the biosynthesis of 8,11-DiHODE for the following reasons: First, the 8,11-hydroperoxide isomerase activity was retained in A. fumigatus ΔppoB strains. Second, the P450 domain of the deduced ppoB of A. clavatus lacks a heme-thiolate cysteine ligand, presumably essential for hydroperoxide isomerase activity. Linoleate 9R-DOX activities of Aspergillus terreus and Lasiodiplodia theobromae were discovered. 9R-HPODE was further converted into unstable allene oxides, as judged by the accumulation of their hydrolysis products, α- and γ-ketols. These allene oxide synthase activities were specific for 9R-hydroperoxides. The 9R-DOX and AOS were found to have unique characteristics. In conclusion, novel DOX-CYP enzymes were identified in human and plant pathogenic fungi. These enzymes might be involved in biological processes, and show interesting catalytic similarities to human PGH synthase and thromboxane synthase (CYP5A).

Introduction: Nous avons déjà montré que l’insuffisance rénale chronique (IRC) entraîne une régulation négative du cytochrome P450 (CYP450) dans le foie et l’intestin de rat. La présente étude cherche à déterminer l’effet de l’IRC sur l’expression des enzymes du CYP450 dans le cerveau de rat. L’expression génique, protéique ainsi que l’activité des isoenzymes du CYP450 ont été analysées dans différentes régions du cerveau (hippocampe, cervelet, cortex et parenchyme cérébral) afin de déterminer l’effet de l’insuffisance rénale chronique sur le métabolisme cérébral des médicaments par le CYP450. Méthodes: Le cerveau entier de rats atteints d’IRC (induite par une néphrectomie sub-totale 5/6) et de rats témoins (laparotomie blanche) a été disséqué en 4 parties (cortex, cervelet, hippocampe et parenchyme cérébral). L’expression protéique et celle de l’ARNm des isoformes 1A, 2C11, 2D, 3A et 4A du cytochrome P450 a été étudiée respectivement par immunobuvardage de type Western et PCR en Temps Réel. L’activité du CYP3A a été mesurée par le métabolisme du DFB en DFH sur des préparations de microsomes de cerveau. Une technique de culture cellulaire d’astrocytes a été mise au point et a permis d’évaluer l’expression des enzymes dans ces cellules suite à l’incubation des astrocytes avec le sérum de rats atteints d’insuffisance rénale chronique. Résultats: Chez les rats atteints d’IRC, les niveaux géniques de CYP1A, 2C et 3A sont diminués d’au moins 40% (p < 0,05) dans presque toutes les parties étudiées. Les niveaux d’ARNm du CYP2D demeurent inchangés. De plus, une diminution significative d’au moins 45% (p < 0,05) de l’expression protéique des CYP1A, 2C et 3A est observée dans presque toutes les structures étudiées. L’activité enzymatique de CYP3A est diminuée significativement dans le cerveau de rats IRC, ainsi que l’expression des enzymes du CYP2C11 dans les astrocytes en culture lorsqu’incubés avec du sérum de rat urémique. Conclusions: Ces études démontrent que le cerveau est également affecté par l’IRC. Ceci se traduit par une diminution de l’expression protéique, génique, ainsi que de l’activité des enzymes du CYP450. Cette diminution pourrait expliquer une augmentation des effets secondaires dans le système nerveux central en IRC. / Background: It has been shown that chronic renal failure (CRF) is associated with a downregulation of liver and intestinal cytochrome P450 (CYP450) in the rat. The present study aimed to investigate the repercussions of CRF on Brain. CYP450 isoenzymes mRNA and protein expression, as well as activity in different brain regions (cortex, cerebellum, hippocampus, and rest of brain parenchyma), have been studied in order to determine the effects of CRF on cerebral drug metabolism by CYP450. Methods: The entire brain of CRF rats (induced by 5/6th nephrectomy) and control rats (sham laparotomy) was dissected into 4 parts (cortex, cerebellum, hippocampus, and rest of brain parenchyma). Protein and mRNA expression of CYP1A, CYP2C, CYP2D, CYP3A, and CYP4A were assessed by Western Blot assay and Real Time PCR, respectively. CYP3A activity was assessed using DFB metabolism into DFH in brain microsomal preparation. Protein and mRNA expression were also assessed in cultured astrocytes incubated with serum from CRF rats. Results: In CRF rats, mRNA levels of CYP1A, CYP2C, and CYP3A were decreased significantly by at least 40% (p < 0.05) in almost all studied brain regions. Protein expression of these isoforms was decreased by at least 45% (p < 0.05) in almost all structures. A significant decrease in CYP3A activity was observed in the brain. The incubation of astrocytes with CRF sera induced a decrease in the protein and mRNA expression of the CYP2C11. Conclusions: CRF is associated with a decrease in some major drug-metabolizing enzymes, which could explain an increase in bioavailability of drugs in the brain.

Les propriétés pharmacocinétiques d’un nouveau médicament et les risques d’interactions médicamenteuses doivent être investigués très tôt dans le processus de recherche et développement. L’objectif principal de cette thèse était de concevoir des approches prédictives de modélisation du devenir du médicament dans l’organisme en présence et en absence de modulation d’activité métabolique et de transport. Le premier volet de recherche consistait à intégrer dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK), le transport d’efflux membranaire gouverné par les glycoprotéines-P (P-gp) dans le cœur et le cerveau. Cette approche, basée sur des extrapolations in vitro-in vivo, a permis de prédire la distribution tissulaire de la dompéridone chez des souris normales et des souris déficientes pour les gènes codant pour la P-gp. Le modèle a confirmé le rôle protecteur des P-gp au niveau cérébral, et a suggéré un rôle négligeable des P-gp dans la distribution tissulaire cardiaque pour la dompéridone. Le deuxième volet de cette recherche était de procéder à l’analyse de sensibilité globale (ASG) du modèle PBPK précédemment développé, afin d’identifier les paramètres importants impliqués dans la variabilité des prédictions, tout en tenant compte des corrélations entre les paramètres physiologiques. Les paramètres importants ont été identifiés et étaient principalement les paramètres limitants des mécanismes de transport à travers la membrane capillaire. Le dernier volet du projet doctoral consistait à développer un modèle PBPK apte à prédire les profils plasmatiques et paramètres pharmacocinétiques de substrats de CYP3A administrés par voie orale à des volontaires sains, et de quantifier l’impact d’interactions médicamenteuses métaboliques (IMM) sur la pharmacocinétique de ces substrats. Les prédictions des profils plasmatiques et des paramètres pharmacocinétiques des substrats des CYP3A ont été très comparables à ceux mesurés lors d’études cliniques. Quelques écarts ont été observés entre les prédictions et les profils plasmatiques cliniques mesurés lors d’IMM. Cependant, l’impact de ces inhibitions sur les paramètres pharmacocinétiques des substrats étudiés et l’effet inhibiteur des furanocoumarins contenus dans le jus de pamplemousse ont été prédits dans un intervalle d’erreur très acceptable. Ces travaux ont contribué à démontrer la capacité des modèles PBPK à prédire les impacts pharmacocinétiques des interactions médicamenteuses avec une précision acceptable et prometteuse. / Early knowledge of pharmacokinetic properties of a new drug candidate and good characterization of the impact of drug-drug interaction (DDI) on those properties is of crucial importance in the process of drug research and development. The main objective of this thesis consisted in the conception of PBPK models able to predict the drug disposition in the absence and presence of metabolic and transport activity modulation. The first part of this work aimed to develop a PBPK model that incorporates the efflux function of P-gp expressed in various tissues, in order to predict the impact of P-gp activity modulation on drug distribution. This approach, based on in vivo-in vitro extrapolation for estimating the transport-related parameters, allowed the prediction of domperidone distribution in heart and brain of wild-type mice and P-gp deficient mice. The model pointed out the protective function of P-gp in brain whereas it showed the negligible protective effect of P-gp in heart. The second part of the project aimed to perform the global sensitivity analysis of the previous PBPK model, in order to investigate how the uncertainly and variability of the correlated physiological parameters influence the outcome of the drug distribution process. While a moderate variability of the model predictions was observed, this analysis confirmed the importance for a better quantitative characterization of parameters related to the transport processes trough the blood-tissue membrane. Accounting for the input correlation allowed the delineation of the true contribution of each input to the variability of the model outcome. The last part of the project consisted in predicting the pharmacokinetics of selected CYP3A substrates administered at a single oral dose to human, alone or with an inhibitor. Successful predictions were obtained for a single administration of the CYP3A substrates. Some deviations were observed between the predictions and in vivo plasma profiles in the presence of DDI. However, the impact of inhibition on the PK parameters of the selected substrates and the impact of grapefruit juice-mediated inhibition on the extent of intestinal pre-systemic elimination were predicted within a very acceptable error range. Overall, this thesis demonstrated the ability of PBPK models to predict DDI with promising accuracy.

<p>The main thesis hub was on development of two electrochemical biosensors for the determination of 17&beta / -estradiol: an estrogenic endocrine disrupting compound. Endocronology have significantly shown that the endocrine disruptors contribute tremendously to health problems encountered by living species today, problems such as breast cancer, reproductive abnormalities, a decline in male population most significant to aquatic vertebrates, reduced fertility and other infinite abnormalities recurring in the reproductive system of mostly male species. The first biosensor developed for the detection of 17&beta / -estradiol endocrine disrupting compound / consisted of an electro-active polymeric 3-mercaptoprorionic acid capped zinc selenide quantum dots cross linked to horseradish peroxidase (HRP) enzyme as a bio-recognition element. The second biosensor developed was comprised of cysteamine self assembled to gold electrode, with 3-mercaptopropionic acid capped zinc selenide quantum dots cross linked to cytochrome P450-3A4 (CYP3A4) enzyme in the presence of 1-ethyl-3-(3- dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride and succinimide.</p>