En l’absence de structures tridimensionnelles expérimentales des cytochromes P450 CYP26A1, CYP26B1 et CYP26C1, la caractérisation de leur substrats et ligands s’est basée sur l’analyse des modèles structuraux obtenus par modélisation par homologie avec la structure expérimentale du cytochrome P450 CYP120. La justesse des modèles a été validée par l’amarrage de l’acide rétinoïque all-trans dans des configurations compatibles avec les métabolites attendus. L’amarrage d’agonistes et d’antagonistes des récepteurs nucléaires RARs prédirent l’acide tazaroténique (TA) et l’adapalène comme des substrats potentiels. Les expériences in vitro confirmèrent la métabolisation de ces 2 médicaments par les CYP26s. L’analyse de la cinétique de sulfoxidation du TA par CYP26A1 and CYP26B1 a permis d’établir le TA comme la référence contrôle de l’activité de ces enzymes. Puis, la comparaison des modèles des CYP26s avec la structure cristalline de CYP2C8 a permis d’identifier des similarités structurales de leurs inhibiteurs. Une corrélation entre l’inhibition de CYP26A1 et de CYP2C8 par des inhibiteurs connus de CYP2C8 a été démontrée après détermination de leurs IC50 pour CYP26A1 et CYP26B1 en utilisant le TA comme substrat de référence. La mesure de l’inhibition in vitro fut ensuite utilisée pour évaluer la possibilité que les CYP26s soient impliquées dans des interactions médicamenteuses observées pour certaines molécules. Cette thèse caractérise et appuie le rôle encore mal connu des CYP26s dans la métabolisation in vivo de certains xénobiotiques ainsi que l’effet potentiel de leur inhibition qui favoriserait la survenue d'effets indésirables. / Without crystal structures to study the CYP26 family of drug metabolizing enzymes, homology models were used to characterize CYP26A1, CYP26B1 and CYP26C1 and to identify substrates and inhibitors of the enzymes. Computational models of each isoform based on structural homology to CYP120 were validated by docking all-trans retinoic acid, an endogenous ligand of CYP26. Docking of retinoic acid receptor agonists and antagonists suggested that tazarotenic acid (TA) and adapalene may be metabolic substrates for CYP26, data which was confirmed using in vitro metabolite identification assays. Phenotyping experiments determined that CYP26s played a major role in the metabolism of these compounds in vitro. The kinetics of TA sulfoxidation by CYP26A1 and CYP26B1 were characterized and the compound was proposed as an in vitro probe of CYP26 activity in single enzyme expression systems. Structural characterization efforts identified similarities between the CYP26 homology models and the known crystal structure of CYP2C8, in agreement with previously published reports. Using TA as a probe, the IC50’s of known CYP2C8 inhibitors was measured against CYP26A1 and CYP26B1, with a statistically significant correlation observed between CYP26A1 and CYP2C8. Additional in vitro and computational experiments were used to characterize the inhibition mechanism for the most potent inhibitors. The observed in vitro inhibition was then used to predict the likelihood of CYP26 inhibition being involved in clinically relevant drug interactions. As a whole, the results presented support the role of the CYP26s in the metabolism of xenobiotic compounds as well as in potential in vivo drug interactions.

Introduction : La Vitamine A (rétinol, ROL) et son métabolite l’acide rétinoïque (AR) sont essentielles pour l’embryogénèse. L’excès comme l’insuffisance d’AR sont nocives. L’AR est régularisé dans l’embryon par des gènes spécifiques (ALDH, CRABP, CYP). Hypothèse : Les grandes variations d’AR dans le plasma des adultes normaux, nous ont orienté à mesurer les rétinoïdes (ROL et RA) dans le sang de cordon ombilical, pour évaluer des corrélations avec des polymorphismes des gènes impliquées dans le métabolisme de l’AR et le développement rénal-(RALDH2, CRABP2, CYP26A1; B1). Vérifier pour des corrélations entre ces rétinoïdes et/ou avec la taille de reins à la naissance. Méthodes : Extraction du ROL et RA du sang de cordon ombilical de 145 enfants et analyse par HPLC. Le volume des reins a été mesuré par ultrasonographie et l’ADN génomique leucocytaire extrait (FlexiGene DNA-Kit). 10 échantillons d’ADN ont été exclus (qualité). Les htSNP : ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1;B1 du génome humain (HapMap) ont été séquencés et génotypés (Sequenom iPlex PCR).Des testes bio-statistiques des fréquences génotypiques et alléliques ont été effectués (Single-Locus, χ2, Kruskal-Wallis, Allelic-Exact).Des corrélations (ROL, RA, SNPs, V-reins) ont été analysés (Kendall-tau /Oakes). Résultats : La Δ RA (0.07-550.27 nmol/l) non corrélé avec la Δ ROL (51.39-3892.70 nmol/l). Il n’y a pas d’association ROL ou RA avec les volumes des reins ou avec les SNPs/ CYP21A1;B1. Corrélations trouvées : 1. (p=0.035), polymorphisme génétique ALDH1A2-SNP (rs12591551:A/C) hétérozygote/CA, (25enfants, 19%) avec moyennes d’AR (62.21nmol/l). 2. (p=0.013), polymorphisme CRABP2-SNP (rs12724719:A/G) homozygote/AA (4 enfants, 3%) avec hautes valeurs moyennes d’AR (141,3 nmol/l). Discussion-Conclusion : Les grandes ΔRA suggèrent une variabilité génique individuelle du métabolisme de ROL. Les génotypes (CA)-ALDH1A2/ SNP (rs12591551:A/C) et (AA) -CRABP2/SNP (rs12724719:A/G) sont associés à des valeurs moyennes hautes d’AR, pouvant protéger l’embryogénèse lors d’une hypovitaminose A maternelle. / Introduction: Vitamin A (retinol, ROL) modulate the embryogenesis thorough RA, its metabolite. Excess or deficiency being pathologic, the RA is tight regulated in the embryo thorough specific genes (ALDH, CRABP, CYP, etc.) important for Vitamin A metabolism. Hypothesis: High RA variations in healthy adults plasma, oriented to ROL, RA evaluation in human cord blood, in regard of possible correlations with polymorphisms of genes involved in RA metabolism and kidney development (RALDH2, CRABP2, CYP26A1,B1). Correlations between ROL and RA and/or with birth kidney size might also occur. Methods: Cord blood ROL and RA were extracted and HPLC analysed, from 145 Montreal healthy newborns. Kidney volumes already measured by ultrasonography. Genomic leucocytary DNA extraction was performed with FlexiGene DNA-Kit. 10 samples excluded (DNA quality). htSNP choices: ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1;B1 were made on HapMap human genome. Sequencing, genotyping (Sequenom iPlex PCR) was made for these genes eventual SNPs. Biostatistics tests for genotype and allelic frequencies (Single-Locus, χ2, Kruskal-Wallis, Allelic-Exact) and Kendall-tau /Oakes analysis for eventual ROL, RA, SNPs, V-reins correlations, were performed. Results: No correlation found between Δ RA (0.07-550.27 nmol/L) and Δ ROL (51.39-3892.70 nmol/L). No association ROL or RA with kidney volumes nor with SNPs/ CYP21A1;B1. Found correlations: 1. (p=0.035), polymorphism ALDH1A2-SNP (rs12591551:A/C) heterozygous/CA, (25babies, 19%) with RA (mean ~62.21nmol/L). 2. (p=0.013), polymorphism CRABP2-SNP (rs12724719: A/G) homozygous/AA (4babies, 3%) with RA (mean~141, 3 nmol/L). Discussion/Conclusion: Big Δ RA not correlated with Δ ROL suggests individual genetic variance on RA metabolism. Genotypes (CA)-ALDH1A2/SNP (rs12591551:A/C) and (AA)-CRABP2/SNP (rs12724719: A/G) are associated with high cord blood RA mean and may be embryogenesis protective in a maternal hypovitaminosis-A, environment.

RÉSUMÉ: Introduction : La Vitamine A (rétinol, ROL) et son métabolite l’acide rétinoïque (AR) sont essentielles pour l’embryogénèse. L’excès comme l’insuffisance d’AR sont nocives. L’AR est régularisé dans l’embryon par des gènes spécifiques (ALDH, CRABP, CYP). Hypothèse : Les grandes variations d’AR dans le plasma des adultes normaux, nous ont orienté à mesurer les rétinoïdes (ROL et RA) dans le sang de cordon ombilical, pour évaluer des corrélations avec des polymorphismes des gènes impliquées dans le métabolisme de l’AR et le développement rénal-(RALDH2, CRABP2, CYP26A1; B1). Vérifier pour des corrélations entre ces rétinoïdes et/ou avec la taille de reins à la naissance. Méthodes : Extraction du ROL et RA du sang de cordon ombilical de 145 enfants et analyse par HPLC. Le volume des reins a été mesuré par ultrasonographie et l’ADN génomique leucocytaire extrait (FlexiGene DNA-Kit). 10 échantillons d’ADN ont été exclus (qualité). Les htSNP : ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1;B1 du génome humain (HapMap) ont été séquencés et génotypés (Sequenom iPlex PCR).Des testes bio-statistiques des fréquences génotypiques et alléliques ont été effectués (Single-Locus, χ2, Kruskal-Wallis, Allelic-Exact).Des corrélations (ROL, RA, SNPs, V-reins) ont été analysés (Kendall-tau /Oakes). Résultats : La Δ RA (0.07-550.27 nmol/l) non corrélé avec la Δ ROL (51.39-3892.70 nmol/l). Il n’y a pas d’association ROL ou RA avec les volumes des reins ou avec les SNPs/ CYP21A1;B1. Corrélations trouvées : 1. (p=0.035), polymorphisme génétique ALDH1A2-SNP (rs12591551:A/C) hétérozygote/CA, (25enfants, 19%) avec moyennes d’AR (62.21nmol/l). 2. (p=0.013), polymorphisme CRABP2-SNP (rs12724719:A/G) homozygote/AA (4 enfants, 3%) avec hautes valeurs moyennes d’AR (141,3 nmol/l). Discussion-Conclusion : Les grandes ΔRA suggèrent une variabilité génique individuelle du métabolisme de ROL. Les génotypes (CA)-ALDH1A2/ SNP (rs12591551:A/C) et (AA) -CRABP2/SNP (rs12724719:A/G) sont associés à des valeurs moyennes hautes d’AR, pouvant protéger l’embryogénèse lors d’une hypovitaminose A maternelle. Mots clé: sang de cordon ombilical, ROL-rétinol, AR-acide rétinoïque, HPLC, SNP- polymorphisme, ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1,développement rénal,embryogénèse. / ABSTRACT Introduction: Vitamin A (retinol, ROL) modulate the embryogenesis thorough RA, its metabolite. Excess or deficiency being pathologic, the RA is tight regulated in the embryo thorough specific genes (ALDH, CRABP, CYP, etc.) important for Vitamin A metabolism. Hypothesis: High RA variations in healthy adults plasma, oriented to ROL, RA evaluation in human cord blood, in regard of possible correlations with polymorphisms of genes involved in RA metabolism and kidney development (RALDH2, CRABP2, CYP26A1,B1). Correlations between ROL and RA and/or with birth kidney size might also occur. Methods: Cord blood ROL and RA were extracted and HPLC analysed, from 145 Montreal healthy newborns. Kidney volumes already measured by ultrasonography. Genomic leucocytary DNA extraction was performed with FlexiGene DNA-Kit. 10 samples excluded (DNA quality). htSNP choices: ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1;B1 were made on HapMap human genome. Sequencing, genotyping (Sequenom iPlex PCR) was made for these genes eventual SNPs. Biostatistics tests for genotype and allelic frequencies (Single-Locus, χ2, Kruskal-Wallis, Allelic-Exact) and Kendall-tau /Oakes analysis for eventual ROL, RA, SNPs, V-reins correlations, were performed. Results: No correlation found between Δ RA (0.07-550.27 nmol/L) and Δ ROL (51.39-3892.70 nmol/L). No association ROL or RA with kidney volumes nor with SNPs/ CYP21A1;B1. Found correlations: 1. (p=0.035), polymorphism ALDH1A2-SNP (rs12591551:A/C) heterozygous/CA, (25babies, 19%) with RA (mean ~62.21nmol/L). 2. (p=0.013), polymorphism CRABP2-SNP (rs12724719: A/G) homozygous/AA (4babies, 3%) with RA (mean~141, 3 nmol/L). Discussion/Conclusion: Big Δ RA not correlated with Δ ROL suggests individual genetic variance on RA metabolism. Genotypes (CA)-ALDH1A2/SNP (rs12591551:A/C) and (AA)-CRABP2/SNP (rs12724719: A/G) are associated with high cord blood RA mean and may be embryogenesis protective in a maternal hypovitaminosis-A, environment. Key words: umbilical cord blood, ROL-retinol, AR-retinoic acid, HPLC, SNP- polymorphism, ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1,kidney development,embryogenesis. / Note d'excellence 10%: « Le Jury, à l'unanimité, juge ce mémoire excellent et le classe parmi les 10% des mémoires de la discipline » - selon le Rapport définitif du jury d'éxamen d'un mémoire de maîtrise.