ABCB1 (ou P-gp pour “glycoprotéine-P”), ABCC1 (ou MRP1 pour “Multidrug Resistance Protein 1”) et ABCG2 (ou BCRP pour “Breast Cancer Resistance Protein”) sont les trois transporteurs ABC humains les plus impliqués dans la chimiorésistance de certaines cellules cancéreuses. Deux stratégies sont possibles pour éradiquer cette résistance : 1) l'élimination ciblée des cellules surexprimant ces transporteurs, grâce au talon d'Achille qu'elles ont développé comme conséquence de leur chimiorésistance : la sensibilité collatérale (ou hypersensibilité), et 2) l'identification et l'optimisation d'inhibiteurs spécifiques. Lors de ce projet, nous nous sommes particulièrement intéressés au transporteur ABCG2. Dans un premier temps, comme la sensibilité collatérale avait été décrite dans le cas de la surexpression d'ABCB1 ou d'ABCC1, nous voulions vérifier son implication éventuelle dans le cas de la surexpression d'ABCG2. Sans pouvoir finalement conclure sur son existence, nous avons démontré que le mécanisme d'action ne pouvait pas impliquer un efflux massif de glutathion par la protéine, comme c'est le cas pour ABCC1, contrairement à certaines données de la littérature. Dans le cadre de la seconde approche, nous avons criblé différentes séries de composés, apparentés aux flavonoïdes, pour identifier des inhibiteurs spécifiques d'ABCG2. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des relations structure-activité démontrant l'importance de certains substituants, notamment des groupements méthoxy, non seulement pour l'inhibition de l'activité du transporteur mais aussi pour la cytotoxicité des molécules. Ces études nous ont également permis de classer les inhibiteurs identifiés en 4 familles distinctes, quant à leur mécanisme d'action à la fois sur l'efflux de drogues comme la mitoxantrone et l'activité ATPasique d'ABCG2. Enfin, le meilleur inhibiteur spécifique d'ABCG2 décrit à ce jour, la chromone 6g (ou MBL-II-141) a été caractérisé plus en détails. Son efficacité in vivo pour empêcher la croissance de tumeurs humaines xénogreffées chez la souris nous incite à être optimistes sur la possibilité de proposer un inhibiteur d'ABCG2 comme candidat médicament pour de futures études précliniques / ABCB1, ABCC1 and ABCG2 are the 3 human ABC transporters mainly involved in chemoresistance of some cancer cells. Two strategies may eradicate such a resistance: 1) by selectively killing cells overexpressing these transporters thanks to the Achille’s heel they develop consequently to chemoresistance: the so called collateral sensitivity; 2) by the identification and optimization of specific inhibitors. This project has focused on the ABCG2 transporter. Firstly, since collateral sensitivity had already been described in ABCB1- and ABCC1-overexpressing cells, we wanted to verify if it might occur in cases of ABCG2 overexpression. Finally, we could not conclude on its occurence, but we demonstrated that the mechanism could not imply glutathione efflux as it is known to be the case for ABCC1, by contrast with some literature data. Concerning the second approach, we screened different flavonoid compounds to identify new specific ABCG2 inhibitors. We could propose some structure-activity relationships highlighting substituents critical role, particularly concerning methoxy groups, toward both inhibition of the transporter activity and intrinsic cytotoxicity of the molecules. These studies allowed us to propose a classification of the inhibitors into 4 families, thanks to their action mechanism on both inhibition of drug efflux and ATPase activitiy. Finally, the best specific ABCG2 inhibitor, chromone 6g (or MBL-II-141), has been further investigated. Its efficacy to prevent the growth of human tumors xenografted in mice, make us quite optimistic on the possibility to propose an ABCG2 inhibitor as a new drug candidate for future preclinical studies

In eukaryotischen Zellen sind die Lipidspezies häufig asymmetrisch zwischen den Hälften der Plasmamembran verteilt. Insbesondere Phosphatidylserin (PS) weist oft eine ausgeprägte transversale Asymmetrie auf, da es fast ausschliesslich auf die innere Hälfte der Plasmamembran beschränkt ist. In den letzten Jahren wurden mehrere Proteine diskutiert, die Lipide zwischen den Membranhälften transportieren und möglicherweise die transversale Lipidasymmetrie sowie damit verbundene Zelleigenschaften beeinflussen. Im Mittelpunkt der vorliegenden Promotion steht der Auswärtstransport fluoreszierender (C6-NBD-) Lipid-Analoga und endogener Lipide durch das Multidrug Resistance 1 P-Glycoprotein (MDR1 Pgp), das der ATP Binding Cassette (ABC) Transporter Superfamilie angehört. Interessanter Weise wird für MDR1 Pgp eine ungewöhnlich breite Substratspezifität angenommen. Das anionische Lipid PS war hier von besonderem Interesse, obgleich es in vorhergehenden Arbeiten nicht als MDR1 Pgp Substrat betrachtet wurde. Der Auswärtstransport von Phosphatidylcholin-, Phosphatidylethanolamin-, Glucosylceramid- und Sphingomyelin-Analoga durch MDR1 Pgp konnte in einer humanen Magenkarzinomlinie (EPG85-257), die MDR1 überexprimiert, mittels Fluoreszenzspektroskopie bestätigt werden. Zudem legt die verringerte Akkumulation von Diacylglycerol- und Ceramid-Analoga den Transport dieser Lipidspezies durch MDR1 Pgp nahe. Im Anschluß an die intrazelluläre Markierung mit C6-NBD-PS mittels eines neuen Verfahrens konnte der signifikant erhöhte Auswärtstransport dieses Analogons in MDR1 überexprimierenden Zellen durch Verwendung spezifischer Inhibitoren MDR1 Pgp zugeschrieben werden. In flusscytometrischen Versuchen war die Exponierung von endogenem PS auf der äusseren Membranhälfte von MDR1 überexprimierenden Zellen signifikant höher als in Kontrollzellen. Verringerung der PS-Exponierung durch einen Inhibitor von MDR1 Pgp deutet auf den Transport von endogenem PS durch MDR1 Pgp hin. Zusätzlich wurde hier der Transport von C6-NBD-PS in vier weiteren Zellinien mit verschiedener Spezies- und Gewebezugehörigkeit charakterisiert, die unterschiedliche Mengen an MDR1 Pgp synthetisieren. Wie Experimente in einer BCRP überexprimierenden EPG85-257-Sublinie nahelegen, ist ausser MDR1 Pgp möglicherweise ebenfalls der ABC Halb-Transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP) am Transport von C6-NBD-PS und an der verstärkten Exponierung von endogenem PS beteiligt. / In eukaryotic cells, the lipid species are frequently distributed asymmetrically between the plasma membrane leaflets. Phosphatidylserine (PS), in particular, often exhibits a distinct transverse asymmetry, being restricted almost exclusively to the inner leaflet. In the past years, several proteins were suggested to transport lipids between the leaflets of a membrane, and to potentially influence transverse lipid asymmetry and related cell properties. This thesis focuses on outward transport of fluorescent (C6-NBD-) lipid analogs and endogenous lipids by the Multidrug Resistance 1 P-Glycoprotein (MDR1 Pgp), a member of the ATP binding cassette (ABC) transporter superfamily. Interestingly, MDR1 Pgp has been suggested to exhibit an unusually broad substrate specificity. Here, the anionic PS was of particular concern, although previously reported not to be an MDR1 Pgp substrate. In a human gastric carcinoma cell line (EPG85-257) overexpressing MDR1, outward transport of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, glucosylceramide and sphingomyelin analogs via MDR1 Pgp was confirmed using fluorescence spectroscopy. In addition, decreased accumulation of analogs of diacylglycerol and ceramide suggest MDR1 Pgp mediated transport of these lipid species. Upon intracellular labelling with C6-NBD-PS using a novel approach, significantly increased outward transport of this analog in MDR1 overexpressing cells could be attributed to MDR1 Pgp by employing specific inhibitors. In a flow cytometry setup, the exposure of endogenous PS on the outer plasma membrane leaflet was significantly elevated in MDR1 overexpressing cells compared to controls. Reduction of PS exposure by an MDR1 Pgp inhibitor suggests transport of endogenous PS by MDR1 Pgp. Transport of C6-NBD-PS was furthermore characterized here in four additional cell lines of different species and tissue origin with varying synthesis levels of MDR1 Pgp. Besides MDR1 Pgp, the ABC half-size transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP) is possibly also involved in transport of C6-NBD-PS and in increased exposure of endogenous PS, as found in a BCRP overexpressing EPG85-257 subline.

Tumorzellen entwickeln häufig Resistenzen gegen verschiedene strukturell und funktionell unabhängige Zytostatika, was als Multidrug-Resistenz (MDR) bezeichnet wird und die Hauptursache für das Scheitern einer Chemotherapie ist. Mit Hilfe von in vitro-Untersuchungen wurden erhöhte Genexpressionen der ABC-Transporter MDR1, MRP2 und BCRP als maßgebliche Resistenzfaktoren identifiziert, wie z.B. in den Magenkarzinomzellinien EPG85-257RDB (MDR1) und EPG85-257RNOV (BCRP) sowie in der Ovarialkarzinomzellinie A2780RCIS (MRP2). Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines auf Ribozym-Technologie basierenden Therapieansatzes, welcher die Expressionen der oben genannten ABC-Transporter simultan inhibiert und dessen Anwendung zur Reversion der zellulären MDR führt. Dazu wurde ein Multitargetmultiribozym (MTMR) entwickelt, das aus in trans-aktiven Ribozymen besteht, die gegen die ABC-Transporter mRNAs gerichtet sind sowie aus in cis-spaltenden Ribozymen und aus Spacer-RNA-Sequenzen. Durch autokatalytische Spaltung in cis konnten die in trans-aktiven Ribozyme aus dem Gesamt-MTMR freigesetzt werden. Die Analyse der kinetischen Parameter des MTMRs ergab, daß die autokatalytisch entstandenen MTMR-Fragmente ihre Substrat-RNAs im Vergleich zu den korrespondierenden Monoribozymen ohne Einbuße an Effizienz spalten können. Darüber hinaus wurde die MTMR-Sequenz stabil in den drei eingangs genannten MDR-Zellinien exprimiert, was in einer signifikanten Reduktion der jeweiligen Ziel-mRNAs (97 % MDR1-, 80 % BCRP-, 96 % MRP2-mRNA) und der entsprechenden Proteine resultierte. Die Multidrug-Resistenz konnte aufgrund der MTMR-Expression um 70% (A2780RCIS), 95% (257RNOV), 100% (257RDB) und die Zytostatikumsakkumulation um 90% (257RNOV-Zellen) sowie 100% (257RDB-Zellen) revertiert werden. Das MTMR stellt erstmalig ein RNA-Konstrukt dar, welches in der Lage ist, simultan mehrere unabhängige Gene funktionell auszuschalten. Es besitzt daher ein großes Potential für zukünftige gentherapeutische Ansätze. / Cancer cells are often insensible against structurally and functionally unrelated drugs that is known as multiple drug resistance (MDR) and the main cause for treatment failure. Overexpression of the ABC-transporters P-gp (ABCB1), MRP2 (ABCC2), and BCRP (ABCG2) is associated with MDR in several cancer cell lines, e.g. in the stomach carcinoma cell lines EPG85-257RDB (P-gp), EPG85-257RNOV (BCRP), and in the ovarian carcinoma cell line A2780RCIS (MRP2). We aimed the development of a novel hammerhead ribozyme-based therapeutic approach capable of simultaneous silencing of the prementioned ABC-transporters, and consequently of reversing MDR phenotypes. We designed a so-called multitarget multiribozyme (MTMR) consisting of trans-acting hammerhead ribozymes directed against the MDR1, MRP2, and BCRP transcripts, of MDR1 homologous spacer sequences, and of cis-acting ribozymes against the spacer sequences. Autocatalytic cleavage in cis excised the full-length MTMR, and released trans-acting hammerhead ribozymes. We also evaluated the catalytic features of the MTMR using large RNA target molecules. Comparison of the kinetic values of the autocatalytically derived MTMR fragments with those of corresponding mono-ribozymes demonstrated an MTMR-mediated substrate cleavage without distinct loss in catalytic efficiency. Moreover, the MTMR was stably expressed in the prementioned multidrug-resistant cancer cell lines, and decreased the targeted transcripts about 97% (MDR1), 80% (MRP2), and 96% (BCRP) as well as the corresponding protein levels, respectively. Cellular MDR could be reverted about 70% (A2780RCIS), 95% (257RNOV), and 100% (257RDB). Additionally, the MTMR reversed mitoxantrone accumulation entirely, and daunorubicin accumulation about 90% in stomach carcinoma cells, respectively. Taken together, the MTMRs capability of simultaneous silencing of multiple genes provides an effective instrument to knockdown genes of interest.

L’hématopoïèse est un processus finement régulé pour permettre sa pérennité et son adaptation aux contraintes physiologiques et pathologiques. Ce potentiel repose en grande partie sur les capacités de quiescence, auto-renouvellement, division asymétrique et multipotence des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Les CSH et progéniteurs hématopoïétiques (CSPH) sont principalement régulés de façon extrinsèque au sein des niches hématopoïétiques médullaires et cette régulation fait intervenir, des contacts intercellulaires et des facteurs diffusibles. Le phénotype « side-population » (SP), secondaire à l’efflux actif d’un colorant fluorescent (Hoechst 33342) par des pompes de type multidrugresistance, est une caractéristique des cellules souches de la plupart des tissus. Au sein de l’hématopoïèse, le phénotype SP est un excellent moyen pour identifier les CSH murines et est associé à leur quiescence et à leur adhésion à la niche endostéale, mais sa valeur comme marqueur des CSH est plus discutée chez l’homme. Les cellules SP, de par leur nature, sont également étudiées en oncologie, et sont associées aux cellules tumorales les plus résistantes et les plus tumorogènes. La compréhension des mécanismes régulant la fonctionnalité SP devrait permettre d’ouvrir des pistes en physiologie quand à la compréhension de la régulation des CSPH par les niches mésenchymateuses et en pathologie pour cibler les mécanismes de chimiorésistance.Dans ce travail nous montrons pour la première fois chez l’homme que l’acquisition du phénotype SP est un phénomène dynamique et versatile sous le contrôle du stroma médullaire. Le stroma médullaire est en effet capable de maintenir le phénotype SP de CSPH médullaires et d’induire le phénotype SP de CSPH circulants. L’acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes nécessite à la fois un « nichage » au sein du stroma et des facteurs diffusibles. Les cellules circulantes capables d’acquérir le phénotype SP contiennent des CSPH au regard de (i) leur expression du CD34, (ii) leur richesse en cellules quiescentes, (iii) leur capacité clonogénique et proliférative en cultures secondaires, (iv) leur expression des gènes de « nichage » et de « souchitude », (v) leur capacité de migration en réponse à un gradient de CXCL12, (vi) leur activité LT-SRC in vivo. De plus nous avons mis en évidence, au sein de ces CSPH SP+CD34+ révélés par le stroma médullaire, une sous-population CD44-/faible qui pourrait contenir les cellules plus immatures en raison de sa quiescence et de l’intensité de son efflux du Hoechst 33342. Les études mécanistiques montrent que l’acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes est sous la dépendance de l’intégrine VLA-4 et du CD44. La transduction du signal implique des protéines G et la famille des Src-kinases. Nous montrons également que le stroma médullaire peut induire/maintenir/amplifier la fonctionnalité SP de blastes circulants de leucémie aigüe myéloblastique de façon ß1-intégrine dépendante et que cette fonctionnalité est associée à une capacité d’efflux de Mitoxantrone. Ce mécanisme de modulation de l’activité d’ABC-transporteurs par l’adhésion au stroma correspond à un mécanisme encore jamais décrit de CAM-DR. / Hematopoiesis is a finely tuned process to allow its long-term efficiency and its adaptation to various physiological and pathological stresses. Hematopoietic stem cell (HSC) is the keystone of hematopoiesis through its multipotency, quiescence, asymmetrical division and self-renewing properties. HSC bone marrow (BM) niches mainly regulate hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) through intercellular contacts and diffusible factors. Side-population (SP) cells are characterized by their capability to actively efflux Hoechst 33342 dye through multidrug resistance-like pumps. SP phenotype is a characteristic of stem cells in many tissues and especially, it is a stringent criterion to purify murine HSCs. In mice, this phenotype has been demonstrated to be related to quiescence and resistance to drugs/environmental stresses and to be controlled by endosteal niche adhesion. SP cells are also studied in oncology and are associated to chemo-resistance and tumor initiating capacity. At steady state, SP cells are mainly present in the BM and are mostly absent from the circulation except in stress conditions, raising the hypothesis of the versatility of the SP functionality. Therefore, studying SP phenotype regulation is of importance to understand how BM niches regulate HSPC and how to interfere with cancer cells chemo-resistance.In this work, we demonstrate for the first time and in human that SP phenotype acquisition is a dynamic phenomenon under control of stromal BM cells. Stromal cells from healthy donors maintain SP phenotype of BM HSPC and promote SP phenotype acquisition in circulating ones. SP phenotype promotion depends of stroma nesting and of diffusible factors secretion. This stroma-induced circulating SP cell fraction contains HSPC, as ascertained by (i) CD34 expression, (ii) proportion of cells in G0, (iii) clonogenic and proliferative potential, (iv) nesting and “stemness” gene expression, (v) CXCL12-related migration capability and (vi) LT-SRC activity. Moreover, we describe an SP+CD34+CD44-/low sub-population that could contain most immature HSPCs with regards to their quiescence and Hoechst efflux intensity. Mechanistic studies show that the stoma-mediated SP promoting effect is VLA-4/4ß1-integrin and CD44 dependent, and implicate G-protein and Src-kinase pathways. We also demonstrate that BM stroma from healthy donors can induce/maintain/amplify in a ß1-integrin dependent manner an SP sub-population with mitoxantrone efflux capability in blast cells from acute myeloid leukemia. The existence of a similar mechanism in circulating leukemic blasts suggests the possibility to interfere with the chemo-resistant phenotype of blast cells through integrin/CD44 axis blockade.

Einleitung Der intensive Einsatz von Pflanzenschutzmitteln in der konventionellen Landwirtschaft kann zum Eintrag von Rückständen in die Nahrungskette führen. Milchliefernde Rinder nehmen Pflanzenschutzmittelrückstände mit dem Futter auf, die durch aktive Sekretion in die Milch eine Gefährdung für sensible Bevölkerungsgruppen, wie Kinder, verursachen könnten. Die in nationalen Rückstandskontrollen untersuchten Milchproben unterschreiten zwar in der Regel die gesetzlich festgelegten Höchstgrenzen (Maximum Residue Level, MRL), jedoch kann eine andauernde Belastung mit Pflanzenschutzmitteln die Entstehung chronischer Erkrankungen, wie Morbus Parkinson und Kinderleukämie, fördern. Im Rindereuter stellt der ATP-binding cassette Transporter der Subfamilie G2 (ABCG2) den wichtigsten Transportweg für Fremdstoffe in die Milch dar. Mit seinem breiten Substratspektrum ist der bovine ABCG2-Transporter (bABCG2) in der Lage, unterschiedliche Substrate in die Kuhmilch zu transportieren. Jedoch ist bislang unklar, ob auch Pflanzenschutzmittel bABCG2-vermittelt in die Milch sezerniert werden können und ob die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Rückstände die bABCG2-Effluxaktivität beeinflusst. Ziele der Untersuchungen Ziel dieser Arbeit war die Identifikation von Pflanzenschutzmitteln als mögliche Substrate des bovinen Effluxtransporters. Weiterhin wurde untersucht, ob zwischen zwei Wirkstoffen synergistische oder antagonistische Effekte am bABCG2-Transporter auftreten. Material und Methoden Es wurden 14 häufig in der konventionellen Landwirtschaft eingesetzte Pflanzenschutzmittel in 0,1-, 1- und 10-facher MRL-Konzentration, in Bezug auf essbare Gewebe von Rindern, untersucht. Weiterhin wurden sechs Kombinationen aus jeweils zwei Wirkstoffen ausgewählt. Im WST-1 (Water Soluble Tetrazolium 1) Assay wurden MDCKII-bABCG2-Zellen in aufsteigender Konzentration mit den Pflanzenschutzmitteln inkubiert (72 h) und die Zellvitalität ermittelt. Nach Inkubation der MDCKII-bABCG2- und MDCKII-Mock-Zellen mit den ausgewählten Pflanzenschutzmitteln oder den Kombinationen (4 h) wurde der Hoechst 33342-Akkumulationsassay durchgeführt. Dabei führt eine Interaktion des Pflanzenschutzmittels mit dem bABCG2-Transporter zu einer intrazellulären Anreicherung des Hoechst 33342-Farbstoffes. Für die Identifikation signifikanter Unterschiede wurden jeweils mindestens zwölf Monolayer auf Normalverteilung (Shapiro-Wilk-Test) überprüft und eine Einweg-Varianzanalyse mit Holm-Šidák post hoc Test (p ≤ 0,05) durchgeführt. Ergebnisse Nachdem eine Beeinträchtigung der Zellvitalität durch die ausgewählten Pflanzenschutzmittel in 0,1- bis 10-facher MRL-Konzentration ausgeschlossen wurde, konnte im Hoechst 33342-Assay für Chlorpyrifos-methyl und Tebuconazol ab 0,1-facher MRL-Konzentration eine signifikante Zunahme der intrazellulären Hoechst 33342-Gehalte im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle nachgewiesen werden. Für Diflufenican, Glyphosat, Methiocarb, Prochloraz, Rimsulfuron sowie Thiacloprid konnte in 1- und 10-facher MRL-Konzentration und für Iprodion sowie Ioxynil in 10-facher MRL-Konzentration eine signifikant erhöhte Hoechst 33342-Anreicherung detektiert werden. Darüber hinaus führte eine gleichzeitige Applikation von Methiocarb und Chlorpyrifos-methyl in 1-facher MRL-Konzentration, sowie von Glyphosat und Rimsulfuron in 10-facher MRL-Konzentration zu einer synergistischen Steigerung der Farbstoffakkumulation. Schlussfolgerung Es konnte festgestellt werden, dass das MDCKII-Zellmodell in Kombination mit dem Hoechst 33342-Assay eine valide Methode darstellt, um Wechselwirkungen einzelner und kombinierter Pflanzenschutzmittel zu detektieren. Insgesamt konnten unterhalb gesetzlich festgelegter MRL-Werte acht Pflanzenschutzmittel als potentielle bABCG2-Substrate identifiziert, sowie additive Effekte von Wirkstoffkombinationen nachgewiesen werden. Durch die Aufnahme von Pflanzenschutzmitteln mit dem Futter könnten diese aktiv in die Milch sezerniert werden und somit eine Gefahr für den Verbraucher darstellen:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Überblick über Membrantransporter 4 2.2 ABCG2-Effluxtransporter 5 2.2.1 Überblick 5 2.2.2 Struktur 6 2.2.3 ABCG2-Transportmechanismus 8 2.2.4 Spezifität der ABCG2-Substrate und Inhibitoren 9 2.2.5 Gewebeexpression 11 2.2.6 Bedeutung 12 2.2.7 Regulation der ABCG2-Transportaktivität 14 2.3 Fremdstoffsekretion der bovinen Milchdrüse 16 2.3.1 Funktionelle Anatomie 16 2.3.2 Transportmechanismen 16 2.3.3 Fremdstofftransporter 17 2.3.4 Bedeutung des ABCG2-Transporters 19 2.4 Pestizide 20 2.4.1 Überblick 20 2.4.2 Einsatz von Pflanzenschutzmitteln 21 2.4.3 Rechtliche Regelungen 21 2.4.4 MRL-Wert-Festsetzung von Pestiziden 22 2.4.5 Exposition des Verbrauchers 23 2.4.6 Gesundheitliche Risiken 24 2.4.7 Pestizide als endokrine Disruptoren 25 2.4.8 Mehrfachrückstände 26 2.4.9 Risikobewertung von Mehrfachrückständen 27 2.5 Problemstellung und Zielsetzung 29 3 Material und Methoden 30 3.1 Material 30 3.1.1 Pestizide 30 3.1.2 Chemikalien 32 3.1.3 Kit 32 3.1.4 Puffer und Lösungen 32 3.1.5 Zellkultur 33 3.1.6 Geräte 34 3.2 Methoden 35 3.2.1 Allgemeine zellbiologische Methoden 35 3.2.1.1 Kultivierung 35 3.2.1.2 Passagieren 35 3.2.1.3 Bestimmung der Zellzahl 35 3.2.1.4 Kryokonservierung 36 3.2.2 Bestimmung der Zellvitalität mittels WST-1 Zytotoxizitätstest 36 3.2.3 Quantitative Proteinbestimmung mittels BCA-Assay 38 3.2.4 Ermittlung von Interaktionen am bABCG2-Transporter 38 3.2.4.1 Aussaat und Vorbehandlung 39 3.2.4.2 Durchführung des Hoechst 33342-Assays 40 3.2.5 Detektion von Pestizidwechselwirkungen am bABCG2-Transporter 41 3.3 Statistik 42 4 Ergebnisse 43 4.1 Auswahl der Pestizide und ihrer Konzentrationen 43 4.2 Auswahl der Pestizidkombinationen 46 4.3 Einfluss der Pestizide auf die Zellvitalität 48 4.4 Interaktionen von Pestiziden am bABCG2-Transporter 53 4.5 Pestizidwechselwirkungen am bABCG2-Transporter 56 5 Diskussion 60 5.1 Zellmodell 60 5.2 Zellvitalitätsstudien in MDCKII-bABCG2-Zellen 61 5.3 Pestizide als potentielle bABCG2-Substrate 64 5.4 Wechselwirkungen von Pestiziden am bABCG2-Transporter 75 5.5 Risiken potentieller bABCG2-Substrate 79 6 Zusammenfassung 80 7 Summary 82 8 Literaturverzeichnis 84 9 Anhang 106 10 Danksagung 111

Background: Negative outcomes from fetal exposure to maternal dug use include Neonatal Abstinence Syndrome (NAS) and altered development, the unpredictability of which suggests a biological element as yet not accounted for. The manner in which the human placenta protects the fetus from xenobiotics such as drugs of misuse is not completely characterised. However, Adenosine Triphosphate Binding Cassette (ABC) transporters in placentae have demonstrated their ability to efflux xenobiotics away from the fetal vascular compartment leading to lower concentrations than in the maternal compartment and some commonly used drugs have been shown to be substrates for these proteins, e.g. methadone. It is suggested that polymorphisms in the genes that encode these transporter proteins may alter their expression and/or function. Hypothesis- Polymorphisms (SNPs) in the ABC transporters ABCB1, ABCG2, ABCC1 and ABCC2 change protein expression and/or function leading to increased fetal exposure demonstrated by increased signs of NAS and/or altered development. Objectives: To determine if genotype alters protein expression and whether there is a relationship between the level of placental multidrug resistance protein P-glycoprotein (P-gp), Breast Cancer Resistance Protein (BCRP), Multidrug Resistance Associated Proteins (MRP1 and MRP2) expression and neonatal and/or developmental outcomes. Methods: Drug using women were recruited. In the immediate postnatal period placental tissue, cord blood and maternal hair samples were taken. Hair was analysed to determine drug use in the preceding 3 months, immunoblotting determined the level of P-gp, BCRP, MRP1 and MRP2 protein expression. Sequenom MassExtend Array produced genotypes from DNA obtained from cord blood. Infants were assessed for NAS at birth, 3 days and 3 weeks. At 8 months and 1 year development was assessed using the Griffiths Mental Development Scales. Plink was used to determine statistically significant associations between genotype and outcome phenotypes. Results- The level of fetal drug exposure did not predict the need for pharmacological treatment for NAS. 32 polymorphisms with significant associations to outcome measures were identified: 4 SNPs significantly altered protein expression, (3 for P-gp and 1 for MRP1). 41 SNPs were associated with changes across 4 of the 5 GMDS subscales. Discussion: No clear relationship between MDRP protein expression and neonatal outcome was noted. However, fetal genotype did influence the expression of P-gp and MRP1 and genotype across all four proteins was associated with significant changes in the measures of infant development. This was a small study and as such generation of susceptible haplotypes was not possible. However the data generated do support the concept. Further larger and longer term prospective studies, building on the experience reported in this thesis, are necessary to generate more data in order to identify haplotypes leading to increased fetal susceptibility to drug exposure.

Uric acid is a main metabolite of purine degradation in humans and in higher primates. Its increased plasmatic level is called hyperuricemia and may be the cause of gout and many other similar diseases. Uricemia is controlled by many transporters, which are located in proximal tubule of human kidney. When some transporter have abnormal function, the physiological plasmatic level of uric acid may be impaired. In genome wide association study (GWAS) it was discovered that some hyperuricemia or gout patients have ABCG2 protein damaged. This protein carries out uric acid from epithelial cell to the urine. The goal of this diploma thesis is the determination of transport capacity of ABCG2 allelic variants found via GWAS (Institute of Rheumatology of 1st medical faculty UK in Prague) in vitro with Xenopus laevis oocyte expression system. Uric acid secretion was compared with wild type variant. Keywords: Uric acid, GWAS study, Xenopus laevis, membrane transport protein, ABCG2

Human multiple myeloma is an incurable hematological malignancy characterized by the proliferation of plasma cells in the bone marrow. Myeloma represents approximately 20% of all blood cancers. In this research we have explored examples of both intrinsic and acquired drug resistance in myeloma. Topoisomerases are enzymes that are critical for cell division, especially in rapidly dividing cells such as are found in cancer. Topoisomerase poisons are a common group of drugs that are used to treat cancer. Topoisomerase I and II poisons used in the treatment of multiple myeloma include topotecan, mitoxantrone, doxorubicin, and etoposide In order for topoisomerase drugs to be effective, the enzyme must be in direct contact with the DNA. In chapters one and two we examined the export of topoisomerase II alpha from the nucleus as a mechanism of drug resistance. High density cells, similar to those found in the bone marrow, export topoisomerase II alpha from the nucleus to the cytoplasm, rendering the cell drug resistant. We found that blocking nuclear export using the CRM1 inhibitor ratjadone C, or CRM1 specific siRNA, could sensitize high density cells to topoisomerase drugs. Sensitization to topoisomerase inhibitors was correlated with increased topoisomerase/DNA complexes and increased DNA strand breaks. This method of sensitizing human myeloma cells suggests a new therapeutic approach to this disease. In chapter three we examined the role of the molecular transporter ABCG2 in drug resistance in multiple myeloma. We found that ABCG2 expression in myeloma cell lines increased after exposure to topotecan or doxorubicin. Myeloma patients treated with topotecan had an increase in ABCG2 mRNA and protein expression after drug treatment and at relapse. We found that expression of ABCG2 is regulated, at least in part, by promoter methylation both in cell lines and in patient plasma cells. Demethylation of the promoter increased ABCG2 mRNA and protein expression. These findings suggest that ABCG2 is expressed and functional in human myeloma cells, regulated by promoter methylation, affected by cell density, upregulated in response to chemotherapy, and may contribute to drug resistance.

L'objet de ce travail est de présenter de facon détaillée des méthodes de modélisation appliquées à l'analyse des mécanismes de reconnaissance moléculaire et à la conception de nouveaux composés bioactifs selon deux approches : la conception basée sur la structure des récepteurs et la conception basée sur la structure des ligands.<br />Dans le cadre du premier axe, la méthode de construction de protéines par homologie de Blundell, implémentée dans le module COMPOSER de SYBYL et la méthode d'amarrage de Morris, implémentée dans le logiciel AUTODOCK3, sont décrites et appliquées à la modélisation et à l'étude des mécanismes de reconnaissance moléculaire d'un antigène polysaccharidique de la bactérie Shigella flexneri 5a et de mimes peptidiques immunogènes par un anticorps humain protecteur : IgA I3.<br />Dans le cadre du second axe, l'analyse statistique de descripteurs de champs d'interaction moléculaire de type CoMSIA et les méthodes de validation des modèles qu'elle génère sont présentées et appliquées à l'étude des relations structure activité en trois dimensions d'une série de 27 analogues de flavonoïdes modulateurs du transporteur ABCG2 (BCRP), impliqué dans le mécanisme de résistance multiple aux anticancéreux que développent les cellules tumorales. La production de modèles statistiquement fiables et performants a permis de concevoir de nouveaux composés biologiquement actifs.

ABCG2 est un transporteur de la famille ABC impliqué dans le phénotype de résistance aux drogues développé par certaines cellules, par exemple les cellules cancéreuses. Ce transporteur a aussi un rôle physiologique de détoxication de composés endogènes, notamment les porphyrines, molécules indispensables mais qui présentent une toxicité potentielle. Cette toxicité nécessite une prise en charge particulière, évitant à ces composés d'être libres en solution. Dans ce contexte, nous avons fait l'hypothèse qu'ABCG2 pourrait participer à cette détoxication en limitant l'accumulation des porphyrines dans les cellules en les présentant à un partenaire extracellulaire. Nous montrons qu'ABCG2 transporte de l'hème ainsi que certains de ses dérivés et précurseurs et que ces porphyrines, contrairement aux autres substrats d'ABCG2, se fixent sur un domaine extracellulaire spécifique d'ABCG2, ECL3, composé d'environ 70 acides aminés. L'affinité d'ECL3 pour les porphyrines est de 0,5 à 3,5 μM, suffisamment affine pour permettre leur fixation après transport.Nous montrons aussi que l'albumine sérique humaine, impliquée dans la détoxication de l'hème, récupère les porphyrines fixées sur ECL3 par une interaction directe avec ABCG2. L'ensemble de ce travail a donc permis d'une part de mieux comprendre le rôle d'ABCG2 dans la régulation de l'homéostasie des porphyrines, notamment l'hème, et d'autre part, de façon originale, d'identifier le mécanisme moléculaire par lequel cette détoxication s'effectue.