Organische-Anionen-Transporter (OATs) sind maßgeblich an der Ausscheidung von körpereigenen und körperfremden Substanzen über die Niere beteiligt. In Ratten, einem häufig verwendeten Tiermodell in präklinischen Studien, ist bekannt, dass die basolateral lokalisierten Organischen-Anionen-Transporter 1 (Oat1) und 3 (Oat3) in männlichen Tieren stärker und darüber hinaus Testosteron abhängig exprimiert werden. Beide Transporter sind an der Ausscheidung von organischen Anionen, einschließlich negativ geladener Medikamente wie zum Beispiel Adefovir, Furosemid oder Penicillin, beteiligt. In den menschlichen Nieren zählen der OAT1 und der OAT3 zu den klinisch relevanten Transportern, deren Funktionen im Laufe neuer Medikamentenentwicklung berücksichtigt werden sollten. Für das Antibiotikum Penicillin wurde bei Frauen ein vermehrtes Auftreten von Nebenwirkungen im Vergleich zu Männern gezeigt. Dieses erhöhte Risiko könnte möglicher Weise auf einer geschlechtsabhängigen Expression des OAT1 und OAT3 zurückzuführen sein. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den molekularen Mechanismus, der für die höhere Oat1 und Oat3 Expression in den männlichen Rattennieren verantwortlich ist, zu identifizieren. Mit Hilfe von Luciferase assays wurde die Aktivierung von Ratten und menschlichen Oat1/OAT1 und Oat3/OAT3 Promotoren untersucht. Hierzu wurden zunächst Oat1/OAT1 und Oat3/OAT3 Promotorkonstrukte generiert, welche unterschiedlich lange Promotorregionen enthielten, und diese anschließend transient in OK oder LLC-PK1 Zellen transfiziert. Mittels Co-Transfektion potentieller transkriptioneller Regulatoren konnte deren Einfluss auf die Promotoraktivität von Oat1/OAT1 und Oat3/OAT3 untersucht werden. Zur Identifikation geschlechtsabhängig exprimierter Gene in der proximalen Tubuluszelle der Rattennieren wurden von vier männlichen und vier weiblichen Tieren je eine Niere präpariert und deren RNA mit Hilfe eines microarrays und real-time PCR analysiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die bereits bekannte männlich dominierende Expression von Oat1 und Oat3 in Rattennieren nicht durch den klassischen Testosteron/Androgenrezeptor vermittelten, transkriptionellen Mechanismus reguliert wird. Vergleichbar zu den Ratten Oat1 und Oat3, zeigten auch die menschlichen OAT1 und OAT3 Promotoren keine Aktivierung durch den Testosteron/Androgenrezeptor-Komplex. Während der Suche nach geschlechtsabhängig exprimierter transkriptioneller Regulatoren in der Rattenniere, konnte die Expression des Transkriptionsfaktors B-cell CLL/ lymphoma 6 (BCL6) erstmalig als männlich dominierend identifiziert werden. Die bereits bekannten Aktivatoren der Oats/OATs Expression, hepatocyte nuclear factor 1α (HNF1α), HNF1β und HNF4α zeigten keine geschlechtsabhängige Expression. Zudem konnte gezeigt werden, dass BCL6 die Promotoren der Ratten und menschlichen Oat1/OAT1 und Oat3/OAT3 aktiviert. Die BCL6-vermittelte Aktivierung von Oat1/OAT1 und Oat3/OAT3 erfolgt nicht über die bislang vorhergesagten BCL6-Bindungsstellen, aber möglicher Weise über Protein-Protein Interaktionen mit den Transkriptionsfaktoren HNF1 oder cAMP response element binding protein (CREB). Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der Transkriptionsfaktor BCL6 einen vielversprechenden Regulator der geschlechtsabhängigen Expression von Oat1 und Oat3 in Ratten darstellt. Es ist anzunehmen, dass BCL6 ebenso die humane OAT1 und OAT3 Expression reguliert.

Organische Anionen werden aus dem Blut in die proximalen Tubuluszellen durch Organische-Anionen-Transporter 1 und 3 (OAT1 und OAT3) aufgenommen. Die Aufnahme erfolgt im Austausch gegen Dicarboxylate. In dieser Dissertation wurde die Affinität von Dicarboxylaten gegenüber humanen OAT1 und OAT3 untersucht mit dem Ziel mehr Informationen über die Struktur der Transporter zu erhalten. Es sollten Unterschiede zwischen dem OAT1 und OAT3 ermittelt werden, besonders bezüglich deren Substratspezifität. Alle Transporter wurden stabil in HEK293-Zellen exprimiert. Extrazellulär wurden Dicarboxylate als Inhibitoren gegen die 3H-p-Aminohippurat-Aufnahme (OAT1) oder 3H-Östronsulfat-Aufnahme (OAT3) zugefügt. OAT1 zeigt die höchste Affinität gegenüber Glutarat (IC50 3,3 µM), α-Ketoglutarat (IC50 4,7 µM) und Adipat (IC50 6,2 µM), gefolgt von Pimelat (IC50 18,6 µM) und Suberat (IC50 19,3 µM). Die Affinität von OAT1 gegenüber Succinat und Fumarat war gering. Der OAT3 zeigte dieselbe Dicarboxylat-Selektivität mit etwa 13-mal höheren IC50-Werten verglichen mit dem OAT1. Die Daten charakterisieren α-Ketoglutarat als hochaffines Substrat für den OAT1 und den OAT3. Die Ergebnisse deuten auf eine ähnliche Molekülstruktur der Bindungsstellen von OAT1 und OAT3 hin.

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L’échec thérapeutique des maladies cérébrales est lié, entre autres, à la présence de barrières entre le sang et le Système Nerveux Central (SNC), en particulier la Barrière Hémato-Encéphalique (BHE). La BHE est une structure neuro-vasculaire localisée au niveau des MicroVaisseaux Cérébraux (MVC) limitant l’entrée des molécules thérapeutiques dans le cerveau. Ce rôle barrière est dû à plusieurs facteurs, dont principalement, l’existence du côté luminal et/ou abluminal de la BHE de plusieurs transporteurs d’efflux, dont les transporteurs de type ABC (ATP Binding Casette) et SLC (SoLute Carrier) et qui sont à l’origine des phénomènes de résistance aux médicaments. Les études de recherche actuelles visent à identifier les voies de signalisation régulant l’activité de ces protéines d’efflux afin d’optimiser la pharmacothérapie cérébrale. Mais la majorité de ces études sont effectuées chez l’adulte. Très peu de données existent chez l’enfant.Cette étude a été réalisé dans la perspective de 1) Etudier l’ontogenèse des transporteurs ABC et SLC de la BHE au cours de la maturation cérébrale, 2) Elucider le rôle fonctionnel de quatre transporteurs d’efflux ((P-glycoproteine (P-gp), Breast Cancer Resistance Protein (bcrp), Organic Anion Transporter 3 (oat3), and Transporting Peptide 1a4 (oatp1a4) transporters) dans le cerveau des enfants et 3) Elucider les mécanismes qui régulent leur expression fonctionnelle dans des conditions normales et pathologiques, notamment inflammatoires, parce que des modifications dans les composantes structurales et fonctionnelles de l'unité neurovasculaire ont été rapportées dans une longue liste de pathologies du SNC chez les enfants et les adultes. Nos résultats ont montré l’existence de différences fonctionnelles, en terme de passage de molécules, entre la BHE pédiatrique et celle adulte. De plus, cette étude a mis en évidence une régulation différentielle liée à l'âge des transporteurs d'efflux de médicaments de la barrière dans des conditions normales et inflammatoires.Ces résultats fournissent des preuves sur l’intérêt de prendre en compte les propriétés spécifiques de la BHE pédiatrique et la distinguer de la BHE adulte lors des définitions des stratégies thérapeutiques destinées à traiter les maladies cérébrales chez les enfants. / One major reason of CNS pharmacotherapy’s impediment is the existence of “barriers” between blood and CNS, especially the Blood-Brain Barrier (BBB), a neurovascular structure localized at the level of brain microvasculature. Main factors responsible for this barrier function are drug efflux transporters type ABC (ATP-Binding Cassette) and SLC (SoLute Carrier) expressed at BBB level and known to be at the origin of multi-drug resistance phenomenon. Recent researches aim at unraveling the signaling mechanisms regulating these transporters in order to modulate their activity and improve pharmacotherapy in brain diseases. For years, these transporters have been studied in adult organism. But, there is a wide spread belief that the BBB in embryo, fetus, new born and infant is “immature”, implying caution in giving drugs to infants. However, current knowledge on the functional status of the BBB in immature organism remains very limited.This study was performed in the aim of understanding: 1) The ontogenesis of ABC and SLC transporters during brain maturation, 2) the functional role of four BBB drug efflux transporters (P-glycoprotein (P-gp), Breast Cancer Resistance Protein (bcrp), Organic Anion Transporter 3 (oat3), and Transporting Peptide 1a4 (oatp1a4) transporters) in children’s brain, and 3) the mechanisms that regulate their functional expression under normal and pathological conditions, mostly under inflammatory conditions, because indeed alterations in structural and functional components of the BBB have been reported in a long list of CNS pathologies in adults. Our results showed changing properties of the BBB during ontogenesis, as well as an age-related differential regulation of BBB drug efflux transporters under normal and inflammatory conditions.These findings highlight the importance of considering an age-related response of CNS to drugs and of taking into account the specific properties of juvenile BBB during definition of therapeutic strategies designed to treat childhood brain diseases, and this in the clinical perspective of developing new drugs with enhanced efficacy in children’s CNS.

One major reason of CNS pharmacotherapy's impediment is the existence of "barriers" between blood and CNS, especially the Blood-Brain Barrier (BBB), a neurovascular structure localized at the level of brain microvasculature. Main factors responsible for this barrier function are drug efflux transporters type ABC (ATP-Binding Cassette) and SLC (SoLute Carrier) expressed at BBB level and known to be at the origin of multi-drug resistance phenomenon. Recent researches aim at unraveling the signaling mechanisms regulating these transporters in order to modulate their activity and improve pharmacotherapy in brain diseases. For years, these transporters have been studied in adult organism. But, there is a wide spread belief that the BBB in embryo, fetus, new born and infant is "immature", implying caution in giving drugs to infants. However, current knowledge on the functional status of the BBB in immature organism remains very limited.This study was performed in the aim of understanding: 1) The ontogenesis of ABC and SLC transporters during brain maturation, 2) the functional role of four BBB drug efflux transporters (P-glycoprotein (P-gp), Breast Cancer Resistance Protein (bcrp), Organic Anion Transporter 3 (oat3), and Transporting Peptide 1a4 (oatp1a4) transporters) in children's brain, and 3) the mechanisms that regulate their functional expression under normal and pathological conditions, mostly under inflammatory conditions, because indeed alterations in structural and functional components of the BBB have been reported in a long list of CNS pathologies in adults. Our results showed changing properties of the BBB during ontogenesis, as well as an age-related differential regulation of BBB drug efflux transporters under normal and inflammatory conditions.These findings highlight the importance of considering an age-related response of CNS to drugs and of taking into account the specific properties of juvenile BBB during definition of therapeutic strategies designed to treat childhood brain diseases, and this in the clinical perspective of developing new drugs with enhanced efficacy in children's CNS.

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