Les cytochromes P450 (CYP) sont des enzymes dont le rôle principalement connu est la détoxification. Cependant, leur activité peut conduire à la formation de métabolites ayant des effets pharmacologiques, toxicologiques ou physiologiques. Depuis quelques années, le rôle des cytochromes P450 dans le métabolisme de l'acide arachidonique est bien décrit. Parmi les métabolites produits lors de cette biotransformation, les acides epoxyeicosatriènoïques (les EETs) et les acides hydroxyeicosatetraènoïques (les HETEs) occupent une place importante dans la régulation du tonus vasculaire. Ainsi les EETs ont des propriétés vasodilatatrices tandis que les HETEs ont des propriétés surtout vasoconstrictrices. Au cours de ce travail, nous avons étudié l'expression de certains cytochromes P450 dans les veines saphènes humaines et nous avons caractérisé le profil d'expression de ces enzymes dans différents types cellulaires contenus dans les parois vasculaires. Nous avons montré que l'expression de la plupart des cytochromes P450, notamment CYP1B, CYP2C, CYP2E1, CYP2J2 et CYP3A, était augmentée dans les échantillons de veines variqueuses humaines. Nous avons ensuité étudié dans une lignée de cellules endothéliales humaines (EV304) et une lignée d'hépatomes d'origine humaine (HepG2), la régulation par quelques statines de certains cytochromes P450, dont les CYP2C, occupant une place importante dans le régulation de l'homéostasie vasculaire. Les statines sont des molécules utilisées dans le traitement de l'hypercholestérolémie, présentant des effets pleïotropiques, notamment sur l'état vasculaire. Nous avons observé que l'atorvastatine était la molécule ayant le plus d'effet sur l'expression des cytochromes P450 2C8, 2C9, 2J2, 3A5 et 3A7. En effet, cette molécule diminue l'expression des différents cytochromes P450 dans les cellules ECV304 alors qu'elle augmente leur expression dans les cellules HepG2. les statines influencent également l'expression de deux types de récepteurs nucléaires impliqués dans la régulation des cytochromes P450. Ainsi, la fluvastatine, augmente l'expression des récepteurs nucléaires CAR et PXR. Enfin, nous avons étudié l'effet du polymorphisme d'un cytochrome P450 de la famille 2C sur la pression sanguine et sur les marqueurs inflammatoires des pathologies cardiovasculaires. Nous avons observé que les valeurs de pressions sanguines ne variaient pas en fonction du polymorphisme de CYP2C19. En revanche, les taux plasmatiques d'interleukine-6 sont plus élevés chez les porteurs de l'allèle muté CYP2C19*2. De la même façon, les concentrations plasmatiques des paramètres lipidiques tels que les triglycerides sont plus élevés chez les mêmes sujets.<br /> Ainsi, une modification de l'expression des cytochromes P450 peut jouer un rôle dans la pathologie variqueuse et dans la pathologie vasculaire à composante inflammatoire. Cette expression peut être modulée par les statines. Enfin, le polymorphisme CYP2C19*2 est corrélé avec la composante inflammatoire des pathologies vasculaires probablement par l'intermédiaire des métabolites de l'acide arachidonique. Ces résultats posent alors la question de la modulation de la production des molécules vaso-actives issues de l'acide arachidonique dans les pathologies vasculaires et d'éventuels traitements par les molécules inhibitrices de l'HMGCoA réductase ou par des inhibiteurs de cytochromes P450.

A procedure for the preparation of spinach leaf mitochondria was developed. The procedure combines differential centrifugation, partition in dextran- polyethyleneglycol two-phase system and Percoli density gradient centri- fugation. The different steps separate the material mainly according to size, surface properties and density, respectively. No chlorophyll was present in the final mitochondrial preparation and the mitochondria were also markedly enriched relative to peroxisomes and microsomes as esti­mated from the recovery of marker enzymes. The latency of enzyme activities was used to study the apparent intactness of the mitochondrial membranes. These measurements showed that both the inner and outer mitochondrial membranes were more than 90 % intact. The mitochondria were also functionally intact since the coupling between respiration and oxidative phosphorylation was retained. The purity of the preparation made it possible to study cytochromes from leaf mitochondria. The cytochrome content of stalk and leaf mitochondria was measured in order to compare mitochondria from photosynthesizing and non-photosynthesizing tissue. The measurements were performed by difference spectroscopy both at room temperature and at liquid nitrogen temperature. Qualitatively the cytochrome content in mitochondria from stalks and leaves was identical. Quantiatively leaf mitochondria contained,on a protein basis, only half the amount of the different cytochromes as compared to stalk mitochondria. The relative content of the different cytochromes was, however, similar suggesting that the composition of the respiratory chain was the same. The photorespiratory conversion of glycine to serine takes place in the mitochondria and involves oxidative decarboxylation of glycine. The ability to oxidize glycine via the respiratory chain was present in spinach leaf mitochondria, but absent in mitochondria prepared from roots, stalks and leaf veins from the same plants. This confirmed the specific localization of the glycine oxidizing activity to photosyntheticaliy active tissue, as suggested by studies with other plant material. The conversion of glycine to serine is a complex reaction depending on the combined action of two enzymes: glycine decarboxylase and serine hydroxymethyltransferase. The effect of inhibitors on the serine hydroxy­methyl transferase activity and the rate of the glycine bicarbonate exchange reaction associated with glycine decarboxylase was studied. These reactions represent partial steps in the conversion of glycine to serine and the aim was to investigate the site of inhibition for the different inhibitors, namely, isonicotinyl hydrazide (a pyridoxa!phosphate antagonist), amino- acetonitrile, glycinehydroxamate (glycine analogues) and cyanide. The results showed that these inhibitors had a complex pattern of inhibition. The same inhibitor affected more than one site and often with an apparently different mechanism. It was, however, found that aminoacetonitrile at low concentrations specifically inhibited glycine decarboxylase and that cyanide specifically inhibited serine hydroxymethyltransferase. / digitalisering@umu

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2003. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains viii, 144 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 129-144).

Les plantes sont des organismes sessiles qui ne peuvent fuir des conditions souvent défavorables et doivent par conséquent s’adapter à un environnement hostile pour survivre. La cutine partie intégrante de la cuticule qui joue un rôle de barrière pour la plante est un polymère lipidique constitué principalement d’acides gras en C16 et C18 hydroxylés et époxydés reliés entre eux par des liaisons ester mettant en jeu les fonctions carboxyl et ω-hydroxyl des acides gras. La cutine ne joue pas seulement un rôle de barrière physique mais joue un rôle de réservoir de molécules possédant des propriétés physiologiques fondamentales. Grâce à des approches biochimiques et génétiques, nos travaux ont permis de mettre en évidence AtEH1, une époxyde hydrolase responsable de la formation des diols incorporés dans la cutine d’Arabidopsis thaliana. Ces diols sont décrits dans la littérature comme intervenant dans les interactions plante-pathogène. Nous avons également montré que ces composés ainsi que d’autres dérivés d’acides gras sont perçus par la plante. Nous avons identifié et caractérisé CYP77B1, une époxygénase d’acide gras qui a un rôle potentiel à jouer dans la formation d’acides gras polyhydroxylés incorporés dans la cutine. / Plants are sessile organisms that are not able to escape from difficult environmental conditions and therefore have to adapt to multiple abiotic and biotic stress to survive. Cutin is a part of the cuticle which plays a major role as a barrier for the plant. It’s a lipid polymer composed mainly by hydroxylated and epoxidized C16 and C18 fatty acids linked together by ester links involving the carboxyl and ω-hydroxyl functions of those fatty acids. Cutin plays also a role as a reservoir of molecules with fundamental physiological properties. With biochemical and genetic approaches, we characterized AtEH1, an epoxide hydrolase responsible for the formation of diols incorporated in Arabidopsis thaliana cutin. These diols are described as being involved in plant-pathogen interactions. We also showed that these compounds as well as others fatty acids derivatives are perceived by plants. We have also identified and characterized CYP77B1, an epoxidase that has a potential role in the formation of polyhydroxylated fatty acids incorporated in cutin.

Les enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX) jouent un rôle central dans la biotransformation et l’élimination de composés étrangers à l’organisme. Organisées en réseau de biotransformation, ces enzymes catalysent des réactions variées (oxydations, conjugaisons …) afin de rendre ces composés plus hydrophiles. Les EMX sont fortement exprimées dans l’épithélium olfactif de mammifères et des études in vitro ont montré qu’elles possèdent des activités élevées. Outre un rôle dans le métabolisme de molécules toxiques, ces enzymes pourraient être impliquées dans la modulation périphérique de l'olfaction. Les EMX pourraient contribuer à maintenir la sensibilité du système olfactif en éliminant ou en inactivant les molécules odorantes présentes dans l'espace périrécepteur. Cependant, les preuves scientifiques démontrant l’implication des EMX dans la perception olfactive restent limitées à ce jour. La première étape de ce travail a consisté à montrer que l’expression des EMX olfactives de rat peut être modulée par des traitements chimiques connus pour leur capacité d'induction au niveau hépatique (dexaméthasone, Aroclor, …). Par rapport au foie, les effets observés au niveau de la muqueuse olfactive sont plus modérés. La dexaméthasone, un glucocorticoïde de synthèse, induit significativement l’expression de plusieurs enzymes et transporteurs au niveau du tissu olfactif. Cette étude suggère que l’expression des EMX olfactives soit sous le contrôle de mécanismes spécifiques. Dans une deuxième partie, le métabolisme in vitro de quelques molécules odorantes a été étudié. Nous avons observé que la muqueuse olfactive de rat possède une forte capacité métabolique et catalyse notamment la formation de métabolites hydroxylés. Enfin, les conséquences de ce métabolisme ont été évaluées en enregistrant des électro-olfactogrammes (EOG) au niveau de la muqueuse olfactive de rat. Nous avons montré qu’à concentrations équivalentes, l’amplitude des signaux EOG générés par des métabolites est beaucoup plus faible que l’amplitude des réponses élicitées par les molécules odorantes non biotransformées. De plus, la perfusion de la muqueuse par des inhibiteurs spécifiques de cytochromes P450 ou de carboxylestérases provoque une modification significative des signaux EOG. Ces études démontrent que la biotransformation des molécules odorantes a un impact sur le signal olfactif. L’ensemble de ces études conforte l’hypothèse d’un rôle des EMX dans la première étape de la perception olfactive. Ces enzymes pourraient catalyser la biotransformation des molécules odorantes dans le but d’éviter une saturation du système olfactif. / Xenobiotic metabolizing enzymes (XMEs) play a central role in the biotransformation and the elimination of foreign compounds reaching the body. Organized as a biotransformation network, these enzymes catalyze various reactions (oxidations, conjugations …) in order to increase the water solubility of compounds. XMEs are highly expressed in the mammalian olfactory epithelium and in vitro studies showed that they have important activities. Besides a role in the metabolism of toxic compounds, a role in the peripheral regulation of the olfactory process has been hypothesized. XMEs could contribute to maintain the sensibility of the olfactory system, by eliminating or inactivating odorant molecules present in the perireceptor space. However, scientific proofs of such a role are still limited. In a first study, we demonstrated that olfactory XMEs can be modulated by chemical treatments identified to induce the enzyme expression in the liver (dexamethasone, Aroclor …). The intensities of the effects were lower in the OM than in the liver. Dexamethasone, a synthetic glucocorticoid, was found to increase significantly the expression of several enzymes and transporters in the olfactory mucosa. This study suggests that the expression of olfactory XME is controlled by tissue-specific mechanisms. In the second part, the metabolism of some odorant molecules was studied in vitro. We observed that the olfactory mucosa of rats possesses a high metabolic capacity and catalyses the formation of hydroxylated metabolites. Finally, the consequences of this metabolism were evaluated by recording electro-olfactograms (EOG) from the olfactory mucosa of rats. We showed that, at same concentrations, amplitudes of EOG signals generated by the metabolites were lower than those elicited by the parent molecules. Moreover, the perfusion of the mucosa with specific inhibitors of cytochromes P450 or carboxylesterases induced a significant modification of EOG signals. These studies demonstrate that the biotransformation of odorant molecules have an impact on the olfactory signal. Taken together, these studies support the hypothesis that XME are involved in the first stage of the olfactory perception. These enzymes could catalyze the biotransformation of odorant molecules in order to avoid the saturation of the olfactory system.

In recent years, tyrosine kinase inhibitors have been more and more used for the targeted cancer therapy, due to their ability to disrupt intracellular signalling pathways associated with the development of tumours. Cabozantinib is the tyrosine kinase inhibitor which has been approved for the treatment of thyroid cancer and it is also effective against several other types of cancer. However, multiple drugs combination is often used in anticancer therapy, which may result in their cytochrome P450-mediated interactions. Although this may affect the therapeutic effect of the drugs and cause adverse effects on the organism, very little is known about the effect of cabozantinib on biotransformation enzymes. Therefore, the effect of cabozantinib not only alone but also in combination with the known cytostatic ellipticine on the expression and the activity of cytochromes P450 1A1, 1A2 and 1B1 in rat liver and kidney in vivo was studied in this work. The gene expression was determined by quantitative PCR, the amount of protein was studied by Western blotting and consecutive immunodetection. The enzyme activity was studied using specific marker reactions, 7-ethoxyresorufin O-deethylation for CYP1A1, 7-methoxyresorufin O-demethylation for CYP1A2 and 17β-estradiol 4-hydroxylation for CYP1B1. Our results...

Introduction Cytochromes P450 (CYPs) are the major family of enzymes responsible for detoxification and metabolism of a wide range of both endogenous and xenobiotics chemicals in living organisms. The use of CYPs to activate prodrugs to cytotoxins selectively in tumours has been explored including AQ4N, Phortress and Aminoflavone. CYP1A1, CYP1B1, CYP2W1, and CYP4F11 have been identified as expressed in tumour tissue and surrounding stroma at high frequency compared to most normal tissues. Aim is to investigate the differential metabolism of novel chloromethylindoline by high frequency expressed CYPs in tumours. This differential may be exploited to elicit a selective chemotherapeutic effect by metabolising inert small molecules to potent cytotoxins within the tumour environment. Materials and Methods Sensitive and specific LC/MS/MS techniques have been developed to investigate the metabolism of chloromethylindolines. Recombinant enzymes and transfected cell lines were used to investigate the metabolic profiles with a focus on production of the cytotoxic derivatives of chloromethylindolines. Results Detailed metabolic studies show that (1-(Chloromethyl)-1,2-dihydropyrrolo [3,2-e]indol-3(6H)-yl)(5-methoxy-1H-indol-2-yl) methanone (ICT2700) and other chloromethylindolines are converted by CYP1A1 mediated hydroxylation at the C-5 position leading to highly potent metabolites. In vitro cytotoxicity studies showed differentials of up to 1000-fold was achieved between CYP1A1 activated compared to the non-metabolised parent molecules. The reactivity of metabolites of ICT2700 was also explored using glutathione as a nucleophile. The metabolites were identified by a combination of LC/MS and LC MS/MS techniques. Investigations using mouse and human liver microsomes show that a large number of metabolites are created though none were shown to be associated with a potential anticancer effect. Studies focused on CYP2W1 show that this isoform metabolised ICT2706 to a cytotoxic species and a pharmacokinetic study showed a good distribution of ICT2706 into mouse tissues including tumour. However metabolism of ICT2726 by CYP2W1 resulted only in a non-toxic metabolite profile and may have potential as a biomarker for functional CYP2W1 in tissues. Preliminary studies show that palmitic acid hydroxylation is a useful marker of functional CYP4F11. Summary and conclusion The in vitro results show that the chloromethylindolines are a novel class of agent with potential as prodrugs that following specific hydroxylation by CYP1A1 and CYP2W1 are converted to ultra-potent cytotoxins. Other metabolites are also evident which are not cytotoxic. Studies in vivo show that selected chloromethylindolines possess a good pharmacokinetic profile and show potential as prodrug anticancer agents that require activation by CYP1A1 or CYP2W1. The methods, results, progress and suggestions for future work are presented in this thesis.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les infections par les nématodes gastro-intestinaux entrainent des baisses en productions animales et des pertes économiques majeures pour les éleveurs. Les lactones macrocycliques (LMs) sont parmi les antiparasitaires les plus utilisés dans la lutte contre les nématodes gastro-intestinaux en médecine vétérinaire. De part une utilisation intensive, des résistances aux LMs chez les parasites gastro-intestinaux se sont développées au sein des élevages du monde entier mettant en péril l'efficacité thérapeutique de ces molécules. Par ailleurs, le développement de nouveaux antiparasitaires est limité. Ainsi, un des enjeux pour assurer le contrôle de ces parasites est de ralentir les phénomènes de résistance aux LMs afin de prolonger leur efficacité. Le succès d'une telle stratégie repose sur les connaissances précises des mécanismes impliqués dans la résistance. Parmi eux, la modulation des systèmes de détoxification est décrite lors de phénomènes de résistance aux LMs. Au cours de ces travaux, nous avons étudiés la régulation des systèmes de détoxification, en réponse à l'ivermectine chez l'hôte. Nous avons montré, en comparaison à une administration unique, qu'une administration répétée d'ivermectine par voie orale chez la souris est responsable de l'induction de l'expression de certains gènes transporteurs ABC et cytochromes impliqués dans son métabolisme. Ceci entraîne, à la fois, une diminution de la concentration de la molécule parentale et une augmentation de la teneur de son métabolite principal dans le plasma et l'intestin. Ensuite, nous avons étudié l'implication des mécanismes de régulation des systèmes de détoxification, et notamment les récepteurs nucléaires, dans la tolérance à l'ivermectine chez le nématode C.elegans. Nous avons montré que le récepteur nucléaire nhr-a est important pour la tolérance et le développement de la résistance à l'ivermectine. Enfin, nous avons étudié l'impact d'inhibiteurs des transporteurs ABC sur l'efficacité de l'ivermectine. Nous avons mis en évidence la capacité de certains flavonoïdes et de l'ivermectine aglycone à potentialiser l'efficacité de l'ivermectine chez le nématode. Une exposition d'ivermectine induit la surexpression des systèmes de détoxification chez l'hôte. Ceci pourrait être la base des mécanismes moléculaires de la résistance chez le nématode. Cibler les systèmes de détoxification ou les mécanismes de résistance, par des inhibiteurs adaptés, représente une stratégie pertinente pour potentialiser l'efficacité de l'ivermectine. / Infections with gastrointestinal nematodes (GINs) in livestock leads to major losses in production and consequently impact economically farmers. Their intensive use has led to widespread anthelmintic resistance which is nowadays the main threat on the sustainable control of GINs in livestock. The development of new anthelmintic is limited due to the cost of such process. Then, the challenge remains in optimizing the use of existing molecules. Therefore, it is urgent to limit and control MLs resistance in order to extend their efficacy and to avoid therapeutic failure. Resistance mechanisms remain to be elucidated. In that context, we investigated regulatory mechanism of detoxification systems of ivermectin implicated in therapeutic efficacy in host and resistance development in nematode. Therapeutic combinations of ivermectin with flavonoïds have been evaluated to potentiate its efficacy in nematode. We showed that repeated oral administration of ivermectin induced gene expression encoding some ABC efflux transporters and cytochromes involved in its metabolism. Compared with single administration, repeated ivermectin administration lowered plasma, liver and intestine drug concentration, while increasing main metabolite content in plasma and intestine. We have also shown that nuclear receptor nhr-a was important for ivermectin tolerance and ivermectin development of resistance in C. elegans. Finally, we demonstrated the ability of the flavonoïd phloretin to potentiate ivermectin efficacy in the nematode C. elegans. Taken together, these data suggest that induction of detoxification systems impact on ivermectin distribution and targeting their regulation could be an appropriate strategy to potentiate ivermectin efficacy in host and to reverse resistance in nematode.