La coopération fonctionnelle entre le cytochrome P450 3A (CYP3A) et la P-glycoprotéine (P-gp) décrite dans la littérature est un facteur déterminant contribuant à la variabilité de la biodisponibilité de la plupart des médicaments administrés per os. Le CYP3A et la P-gp sont des protéines membranaires dont les localisations respectives communément attribuées sont la membrane du réticulum endoplasmique pour le CYP3A et la membrane plasmique pour la P-gp. Le but de notre étude était une description intégrée au niveau cellulaire du fonctionnement de ces protéines membranaires de détoxication des médicaments et de leurs métabolites, grâce à la détermination de la localisation cellulaire de ces protéines par immunomarquage et par suivi fonctionnel de composés fluorescents, à l'aide de techniques de microscopie à épifluorescence. Le matériel utilisé comprenait des coupes de foie de rat et humain, des hépatocytes en culture primaire ou des lignées cellulaires de fibroblastes de Hamster chinois D/ADX surexprimant la P-gp. Nous avons ainsi démontré que le CYP3A se localise exclusivement au niveau du réticulum endoplasmique, alors que la P-gp est retrouvée au pôle apical des hépatocytes, au niveau des canalicules biliaires et sur la membrane plasmique des fibroblastes. Une colocalisation membranaire des composés et enzymes, synonyme d'une grande efficacité de détoxication, n'a pas été mise en évidence dans les hépatocytes, à cause de difficultés techniques et d'une trop faible fluorescence des substrats utilisés.

L’efficacité des chimiothérapies est limitée par la surexpression de pompes d’efflux adressées à la membrane plasmique des cellules cibles. En effet, celles-ci réduisent le taux intracellulaire des médicaments anticancéreux, antiviraux, antifongiques et antibactériens. La P-gp/ABCB1 est la plus impliquée dans ce phénomène, suivie de MRP1/ABCC1 et de BCRP/ABCG2. Une approche pour surmonter ce phénomène est de développer des médicaments qui ne soient pas expulsés par ces pompes. Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle classe d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 qui ne sont ni transportés par P-gp ni par BCRP. Ils sont ainsi des candidats intéressants aux trithérapies contre le SIDA. Un point clé pour comprendre comment ces transporteurs font traverser les médicaments à travers la membrane est d’identifier des nouvelles structures. Ainsi, nous avons résolu trois structures de P-gp de souris. Une d’entre-elles est complexée à un nano-anticorps lié au premier NBD («nucleotide-binding domain»), qui fige la P-gp dans une nouvelle conformation ouverte vers l'intérieur. Pour finir, nous avons localisé deux sites de liaison de P-gp en caractérisant les modes d'inhibition de deux inhibiteurs précédemment cocristallises avec la pompe. Ceci permet de mieux comprendre le mécanisme de translocation et offre la possibilité de cibler plus précisément ces sites pour développer des modulateurs de cette pompe / Resistance to chemotherapy is partly due to efflux pumps expressed in the plasma membrane which prevents the accumulation of anticancer, antiviral, antifungal and antibacterial drugs in target cells. Three human ABC transporters are particularly involved in MDR phenotype: P-gp/ABCB1, MRP1/ABCC1 and BCRP/ABCG2. Among the different approaches used to overcome the resistance linked to these transporters, the development of non-substrate drugs MDR-ABC transporters has been described. Here, new class of HIV-1 protease inhibitors not recognized by P-gp/BCRP were identified, promising to be attractive candidates to HAART therapy. Since the determination of the X-ray structures in different conformations is a key point to understand how MDR-ABC transporters translocate drugs across the plasma membrane, the crystal structures of three inward-facing conformations of mouse P-gp were resolved. One structure has a camel nanobody bound to the C-terminal side of the first nucleotide-binding domain, revealing a unique epitope on P-gp and freezing a new open-inward conformation. Finally, the enzymatic characterization of two inhibitors co-crystallized with the mouse P-gp has allowed to localize two main binding sites by which drugs efflux occurs. These results bring new findings of the drug-efflux mechanism and offer the possibility to target more precisely those sites to develop modulators of this pump

La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine transmembranaire de la famille des ATP binding cassette transporteurs. Elle est impliquée dans l’efflux du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire d’une grande variété de médicaments anticancéreux. Elle peut être responsable de la diminution de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale des médicaments qui en sont substrats. Elle peut notamment être surexprimée par les cellules cancéreuses des adénocarcinomes du colon naïfs de tout traitement, suggérant une résistance naturelle de cette tumeur et également après une chimiothérapie. Notre premier travail in vivo a documenté le caractère substrat de la P-gp de l’evérolimus, inhibiteur de mTOR indiqué dans divers cancers (rein, tumeurs neuroendocrines d’oringine pancréatique et sein), jusqu’à maintenant uniquement étudié dans des modèles in vitro. Une augmentation significative de l’AUC de l’evérolimus administré par voie orale est observée chez des souris mdr1a-/b- comparées à des souris mdr1a+/1b+. Une amélioration significative de la biodisponibilité orale de l’evérolimus est aussi notée chez des souris prétraitées par le lapatinib (Tyverb®), inhibiteur des tyrosines kinases (EGFR et HER2) indiqué dans le cancer du sein, par rapport aux souris ayant reçu l’evérolimus seul. Ce résultat est accompagné d’une inhibition de l’expression de la P-gp intestinale par le lapatinib mesurée par la technique de Western Blot. Enfin, une étude préclinique menée chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale mutée KRAS montre une activité anti-tumorale certaine des deux médicaments utilisés seuls et en schéma séquentiel. Notre seconde étude a montré pour la première fois que le cétuximab (Erbitux®), anticorps anti-EGFR, inhibe la fonctionnalité de la P-gp dans deux lignées cellulaires surexprimant la P-gp (les cellules IGROV-1 et les HEK P-gp) indépendamment de leur statut EGFR et entraîne chez des souris porteuses d’une xénogreffe colorectale une augmentation significative de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale du SN-38, métabolite actif de l’irinotécan (Campto®) administré par voie orale. Le cétuximab étant prescrit en association avec l’irinotécan chez des patients atteints d’un cancer colorectal métastasé, initialement réfractaire à l’irinotécan, ces résultats pourraient en partie expliquer la réversion de la résistance à l’irinotécan par le cétuximab par une inhibition de l’efflux de la P-gp. Grâce à l’étude de deux associations de médicaments «lapatinib-evérolimus» et «cétuximab-irinotécan», nous avons démontré l’intérêt de l’étude de l’inhibition de la P-gp avec les traitements les plus récents, notamment son rôle dans l’amélioration de la biodisponibilité orale de chimiothérapies utilisées par voie orale. / P-glycoprotein (P-gp) is a membrane transporter and belongs to the ATP-binding cassette (ABC) transporter super family. P-gp decreases oral bioavailability of substrate drugs and can cause multidrug resistance in tumor cells by decreasing intracellular drug levels. P-gp is overexpressed in colorectal carcinoma naturally resistant to chemotherapy. The aim of our first study was to document the in vivo transport of everolimus (Afinitor®), a mTOR inhibitor, by P-gp. A significant increase of everolimus oral bioavaibility was observed in mdr1a-/1b- mice compared to the wild type. In addition, a significant increase of everolimus oral bioavaibility was showed in mice that received a lapatinib pre-treatment (a dual EGFR/HER2 tyrosine kinase inhibitor) compared to mice that received everolimus alone. These results were accompanied by a significant decrease of P-gp expression in duodenum segment in lapatinib pre-treated group as compared to control group. Finally, each drug given alone or in association showed a major antitumor activity in a xenograft model of human colorectal carcinoma with KRAS mutation. Our second study showed for the first time that cetuximab (Erbitux®), a monoclonal antibody directed towards EGFR, inhibits P-gp functionality in two cell lines overexpressing P-gp (IGROV-1 and HEK P-gp cells) independently of EGFR status and leads to significant increases of oral bioavailability and intratumoral concentration of SN-38, the active metabolite of irinotecan (Campto®) in mice bearing colorectal carcinoma xenograft. Cetuximab is used in combination with irinotecan in patients with metastatic colorectal cancer, initially refractory to irinotecan, our results may partly explain the reversion of resistance to irinotecan by inhibiting P-gp efflux by cetuximab. In conclusion, our results showed the interest to study the effect of recent anticancerous drugs on P-gp, including their ability to improve oral bioavailability of oral chemotherapy used.

La P-glycoprotéine (P-gp) appartient à la famille des transporteurs ABC qui confèrent, aux microorganismes pathogènes et cellules tumorales humaines, par transport actif à travers la membrane plasmique, une résistance à de multiples molécules antibiotiques et anticancéreuses sans parenté structurale. Malgré les quelques structures de transporteurs ABC bactériens, la caractérisation par microscopie électronique de la P-gp, et la récente structure de P-gp de souris déposée dans la Protein Data Bank (PDB), obtenir une structure pour la P-gp humaine est d'un intérêt particulier à cause de son importance clinique. Actuellement, il n'existe pas de modèle structural d'interaction P-gp/substrat permettant d'expliquer sa multispécificité. Par modélisation par homologie, nous avons reconstruit trois structures de la Pgp humaine: une en présence et deux autres en absence de nucléotide. La liaison du nucléotide change l'accessibilité du transporteur de la face cytoplasmique vers la face extracellulaire. Ces trois états conformationnels ont été placés dans un environnement membranaire afin de révéler la localisation des mutations spécifiques altérant la liaison de la P-gp à certains médicaments. Enfin, nous avons réalisé une étude de docking sur deux structures modélisées de P-gp de Hamster dans les deux orientations. Ce docking a concerné trois molécules sans aucune ressemblance structurale (vérapamil, vinblastine et tentoxine) mais dont les fixations sont mutuellement soit compétitives, soit non-compétitives. Les meilleures poses obtenues sont compatibles avec l'existence de deux pharmacophores distincts pour la reconnaissance des drogues transportées par la P-gp.

La buprénorphine (BUP) peut être responsable d’une dépression respiratoire à l’origine d’intoxications graves parfois mortels. Cependant, les mécanismes exacts de ces effets respiratoires délétères ne sont pas encore clairement établis. Les objectifs de cette thèse étaient d’analyser la variabilité des effets respiratoires de la BUP en y intégrant : 1) le rôle exact de la P-glycoprotéine (P-gp) 2) le rôle de l’acquisition d’une tolérance aux opioïdes, tout en précisant les différences potentielles entre tolérance aux effets analgésiques et respiratoires et les mécanismes moléculaires mis en jeu. Pour cela, nous avons étudié en pléthysmographie les effets respiratoires de la BUP et de son métabolite actif la norbuprénorphine (NBUP) chez la souris Fvb femelle. Nous avons mesuré leur transport par la P-gp à la barrière hémato-encéphalique (BHE) en perfusion cérébrale in situ, après inhibition pharmacologique ou suppression du gène codant pour la P-gp. Nous avons étudié la part de variabilité dans ces effets, attribuable au sexe et à la souche de souris. Nous avons ainsi démontré que la P-gp exprimée à la BHE joue un rôle-clé dans la protection contre les effets respiratoires délétères induits par la BUP, en empêchant l’entrée dans le compartiment encéphalique de son métabolite, la NBUP. Nous avons observé que les souris Fvb femelles sont plus sensibles à la toxicité respiratoire de la BUP que les souris Fvb mâles qui sont, eux-mêmes plus sensibles à ces effets que les souris Swiss mâles, sans que la P-gp ne soit à aucun moment impliquée dans cette variabilité. Enfin, nous avons montré qu’une tolérance aux effets analgésiques et respiratoires de la BUP se développe de façon significativement plus réduite chez les souris Fvb déficientes en P-gp, suggérant un rôle crucial pour ce transporteur dans l’acquisition et l’expression de la tolérance à la BUP. Par ailleurs, nous avons montré qu’après administration répétée de morphine, apparait une tolérance plus faible à ses effets respiratoires qu’à ses effets analgésiques. La mise en évidence d’une superactivation de l’adénylate cyclase dans la région périaqueducale impliquée dans les effets antinociceptifs des opioïdes, et non dans le tronc cérébral qui contient les centres de régulation de la ventilation, pourrait au moins en partie, expliquer cette différence d’intensité de tolérance observée. Enfin, pour compléter nos travaux expérimentaux, nous avons réalisé deux mini-revues bibliographiques pour, d’une part faire la synthèse des mécanismes de la tolérance aux opioïdes et de leur rôle dans la dépression respiratoire et d’autre part, analyser les situations déjà rapportées d’effets cliniques nés d’interactions médicamenteuses médiées par la P-gp. / Buprenorphine (BUP) may be responsible for respiratory depression resulting in serious andsometimes fatal poisonings. However, the exact mechanisms leading to these deleterious respiratoryeffects still remain unclear. The objectives of this thesis were to study the variability of BUP-inducedrespiratory effects by focusing on: 1) the involvement of P-glycoprotein 2) the role of tolerance to opioids in addition to investigating possible differences among tolerance to opioid-related antinociceptive and respiratory effects as well as the involved molecular mechanisms. We studied the respiratory effects of BUP and its active metabolite, norbuprenorphine (NBUP) using plethysmography in female Fvb mice. We measured P-gp-related transport of BUP and NBUP at the blood-brain barrier (BBB) using in situ brain perfusion after pharmacological P-gp inhibition as well as in P-gp knock-out mice. We also studied the role of gender and mice strain in the variability of BUP-related respiratory effects. We showed that P-gp at the BBB plays a key-protective role against BUP-related respiratory effects by limiting NBUP distribution into the brain. We observed that female Fvb mice are more sensitive to BUP-induced deleterious respiratory effects than male Fvb mice thatare more sensitive than male Swiss mice. Furthermore, we assessed that gender- and strain-attributedvariability is not related to P-gp. Finally, we demonstrated that tolerance to BUP-induced antinociceptive and respiratory effects is significantly reduced in P-gp knockout mice in comparison to controls, suggesting a critical role for P-gp in tolerance to BUP. In parallel, we showed that repeated administration of morphine results in reduced tolerance to its respiratory effects in comparison to its antinociceptive effects. Adenylate cyclase super-activation that we evidenced in the periaqueductal grey matter, the area involved in opioid-related analgesia control, but not in the brainstem, the area that contains centres of ventilation regulation, may at least in part be responsible for these observed differences in tolerance. Finally, to complete our experimental researches, we performed two mini-reviews, aiming at summarizing the various mechanisms of tolerance and their involvement in respiratory depression in addition to highlighting the importance of drug-drug interactions leading to P-glycoprotein inhibition in the occurrence of deleterious clinical effects.

La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine transmembranaire de la famille des ATP binding cassette transporteurs. Elle est impliquée dans l'efflux du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire d'une grande variété de médicaments anticancéreux. Elle peut être responsable de la diminution de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale des médicaments qui en sont substrats. Elle peut notamment être surexprimée par les cellules cancéreuses des adénocarcinomes du colon naïfs de tout traitement, suggérant une résistance naturelle de cette tumeur et également après une chimiothérapie. Notre premier travail in vivo a documenté le caractère substrat de la P-gp de l'evérolimus, inhibiteur de mTOR indiqué dans divers cancers (rein, tumeurs neuroendocrines d'oringine pancréatique et sein), jusqu'à maintenant uniquement étudié dans des modèles in vitro. Une augmentation significative de l'AUC de l'evérolimus administré par voie orale est observée chez des souris mdr1a-/b- comparées à des souris mdr1a+/1b+. Une amélioration significative de la biodisponibilité orale de l'evérolimus est aussi notée chez des souris prétraitées par le lapatinib (Tyverb®), inhibiteur des tyrosines kinases (EGFR et HER2) indiqué dans le cancer du sein, par rapport aux souris ayant reçu l'evérolimus seul. Ce résultat est accompagné d'une inhibition de l'expression de la P-gp intestinale par le lapatinib mesurée par la technique de Western Blot. Enfin, une étude préclinique menée chez des souris porteuses d'une xénogreffe colorectale mutée KRAS montre une activité anti-tumorale certaine des deux médicaments utilisés seuls et en schéma séquentiel. Notre seconde étude a montré pour la première fois que le cétuximab (Erbitux®), anticorps anti-EGFR, inhibe la fonctionnalité de la P-gp dans deux lignées cellulaires surexprimant la P-gp (les cellules IGROV-1 et les HEK P-gp) indépendamment de leur statut EGFR et entraîne chez des souris porteuses d'une xénogreffe colorectale une augmentation significative de la biodisponibilité orale et de la concentration intra-tumorale du SN-38, métabolite actif de l'irinotécan (Campto®) administré par voie orale. Le cétuximab étant prescrit en association avec l'irinotécan chez des patients atteints d'un cancer colorectal métastasé, initialement réfractaire à l'irinotécan, ces résultats pourraient en partie expliquer la réversion de la résistance à l'irinotécan par le cétuximab par une inhibition de l'efflux de la P-gp. Grâce à l'étude de deux associations de médicaments "lapatinib-evérolimus" et "cétuximab-irinotécan", nous avons démontré l'intérêt de l'étude de l'inhibition de la P-gp avec les traitements les plus récents, notamment son rôle dans l'amélioration de la biodisponibilité orale de chimiothérapies utilisées par voie orale.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'interaction moléculaire de la cyclosporine A (CsA) avec ses deux cibles pharmacologiques principales, la P-glycoprotéine (P-gp) et la cyclophiline A (CypA), a été examinée au cours de cette étude. Dans une première approche, nous avons évalué l'efficacité avec laquelle la CsA et ses différents analogues interagissent avec la P-gp par deux méthodes. La première méthode utilisée consiste à mesurer l'activité ATPasique de la P-gp en présence de la CsA et de ses analogues. La P-gp a été solubilisée par une extraction séquentielle au CHAPS à partir des membranes des cellules d'ovaires d'hamster chinois résistantes à la colchicine (CHRC5). Ensuite, l'activité ATPasique de la P-gp solubilisée a été mesurée en absence ou en présence de la CsA et de ses analogues par une méthode continue où on mesure le taux d'oxydation de NADH en fonction du temps. La deuxième méthode utilisée consiste à mesurer l'accumulation de la rhodamine 123 à l'intérieur des cellules CHRC5 en présence de la CsA et de ses analogues. L'activité ATPasique de la P-gp a été inhibée par la CsA, par ses analogues et par ses métabolites à des concentrations de l'ordre du nM. Les métabolites de la CsA (AM1C, AM1, AM1C9 et AM9) ainsi que les métabolites de la CsG (GM4N, GM1 et GM9) causent une inhibition similaire de l'activité ATPasique de la P-gp. Parmi les analogues de la CsA étudiés, le PSC-833, une molécule non immunosuppressive, a été le meilleur inhibiteur de l'activité ATPasique de la P-gp. Le peptolide 280-446, un peptide cyclique non apparenté, a été presqu'aussi efficace que le PSC-833. Ces résultats révèlent que l'interaction des analogues de la CsA avec la P-gp n'est pas en corrélation avec leur activité immunosuppressive et que les modifications de la CsA en position 1 et 2 sont critiques pour leur interaction avec la P-gp. Dans une deuxième approche, nous avons caractérisé la CypA qui semble être présente dans les membranes à bordure en brosse (MBB) préparées à partir du cortex rénal de rat. Nous avons tenté de caractériser la nature de son attachement membranaire et de déterminer la quantité de la CypA dans les MBB. Nous avons également étudié les conditions où la CypA membranaire est relarguée, ainsi que son interaction avec la CsA. La CypA semble se trouver dans les MBB et dans la fraction soluble à une concentration de 4,9 et 3,6 g/mg de protéines, respectivement. Nous avons observé une extraction complète de la CypA des MBB par le Na2CO3 et par le CHAPS mais non par le NaC1, indiquant son attachement membranaire par des interactions hydrophobes. Nous avons aussi tenté de vérifier l'effet de différentes substances sur le relargage de la CypA des MBB. Ainsi, la CsA et le P-mercaptoéthanol n'ont pas entraîné un relargage de la CypA des MBB in vitro. Par contre, le substrat pour mesurer l'activité de peptidyle prolyle cis trans isomérase (PPIase) de la CypA, le peptide succinyl-alanine-alanine-cis-proline-phényl-pnitroanilide, cause un relargage significatif de la CypA associée aux MBB. Le photomarquage de la CypA relarguée et de la CypA qui reste membranaire suite à une centrifugation par un analogue photoactivable de la CsA (Diazérine-CsA) (Dz-CsA), démontre que la CypA relarguée est photomarquée plus efficacement que la CypA qui reste attachée aux MBB. La présence de la CypA au niveau des MBB, nous a incité à vérifier si la CypA recombinante pourrait se transférer dans les MBB in vitro. Ainsi, lorsque nous avons incubé la CypA recombinante en présence de MBB, elle se transfère à 40 % dans les MBB. Suite à cette observation, nous avons analysé l'effet de la formation des complexes CypA recombinante-CsA et CypA recombinante-CsA-Calcineurine sur la translocation de la CypA recombinante dans les MBB. Nos résultats révèlent que la translocation de la CypA recombinante dans les MBB diminue de 9 et de 38 %, lorsqu'elle se trouve sous une forme complexée avec la CsA ou avec la CsA/Calcineurine, respectivement. Afin de vérifier si la translocation de la CypA recombinante dans les MBB se fait par l'interaction avec une ou plusieurs autre(s) protéine(s) membranaire(s), nous avons procédé à la translocation de la CypA recombinante dans les MBB chauffées, dans les MBB prétraitées avec des concentrations croissantes de trypsine et dans des protéoliposomes préparés à partir des MBB. Nos résultats démontrent que le chauffage des MBB ne diminue pas la translocation de la CypA recombinante, et que la CypA recombinante se transfère au même taux dans les MBB que dans les protéoliposomes préparés à partir des MBB. Par contre, la translocation de la CypA recombinante diminue considérablement, lorsque les MBB sont prétraitées avec des concentrations croissantes de trypsine. Le relargage de la CypA associée aux MBB, ainsi que la translocation de la CypA recombinante dans les MBB a lieu de façon maximale à un pH proche du pH physiologique, soit aux pH 7 et 8, suggérant un équilibre dynamique entre la CypA cytosolique et la CypA membranaire dans les conditions physiologiques. Enfin, nous avons étudié l'effet des différents métaux divalents sur le photomarquage de la CypA des MBB, de la fraction soluble et de la CypA recombinante par un analogue photoactivable de la CsA (Dz-CsA). Parmi les métaux divalents étudiés (Mg2+, Mn2+, Ca2+, Zn2+ et Cis-Pt2+), seulement le Zn2+ a démontré une inhibition significative du photomarquage de la CypA des MBB, de la fraction soluble et de la CypA recombinante par la Dz-CsA. Cette inhibition causée par le Zn2+, est dépendante de la concentration et est de l'ordre du pM. Les agents réducteurs, le Hg2+ et le 13-mercaptoéthano1, ont aussi diminué le photomarquage de la CypA des MBB et de la fraction soluble par la Dz-CsA, tandis que la CypA recombinante, prétraitée avec le Hg2+ et le 13-mercaptoéthano1, démontre une augmentation du photomarquage par la Dz-CsA.

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.