Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2003. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 177-181).

Matrix metalloproteinases (MMPs) network with other biological molecules to maintain the extracellular matrix (ECM) in normal physiology and perform different roles. Understanding and assigning specific role to each of 24 members of these endoproteinases is impeded because of lack of specific and efficient detection methods in biological samples. Moreover, MMP-based anti-cancer drug development has also been challenged because, currently, there is no robust methodology to distinguish the inactive pro-enzymes, active enzymes or those complexed with endogenous inhibitors in biological specimens. The objective of this project is to develop a chemical proteomics strategy based on Matrix assisted laser desorption ionization tandem mass spectrometry (MALDI-MS/MS) to help identify and discriminate the various MMP forms. Firstly, a triazine dye-based ligand immobilized on chromatography beads was utilized to assess whether it binds to recombinant human MMPs (rhMMPs). The results highlighted that the ligand interacts with latent forms of MMPs in agreement with the literature. Secondly, the potential of the ligand was assessed using MALDI-MS/MS based methodology in in vitro cancer models. Cell line culture supernatants were used in amounts to emulate the availability of tumour biopsies in clinical settings. The MS/MS spectral peaks specific to MMPs (MMP-2 and MMP- 14), and two endogenous inhibitors TIMP-1 and TIMP-2 were found in affinity chromatography eluates of cell culture supernatants with higher Mascot scores for the latter. While western blot detected MMP-2 in cell extracts, MALDI-MS/MS did not detect MMPs because of amounts below the limit of detection (LOD) of the instrument. Although the ligand was found to be interacting with MMPs and detergent-free salt elution buffers improved MALDI analysis, recovery of MMPs from biological samples was sub-optimal. The dye ligand was observed to bind other enzymes and despite various strategies to reduce non-specific binding of proteins or enable selective elution did not improve MMP enrichment. Further work using methodology described in this study is required after scaling up the MMP amounts in biological specimen and to resolve the issue of non-specific binding of proteins to the ligand by understanding its structure.

Pharmacodynamic studies are important for the optimal use of antimicrobial agents. Combination antifungal therapy may be one method to improve outcome in invasive Candida infections. An in vitro kinetic model to study the pharmacodynamic effects of a combination of two antifungal agents with different elimination rates was developed and the pharmacodynamics of amphotericin B (AMB), voriconazole (VRC) or the combination was evaluated. Exposure to VRC inhibited the fungicidal activity of sequential doses of AMB against VRC-susceptible strains of C. albicans. The interaction was VRC dose-dependent. AMB activity was regained once VRC was removed or it increased gradually when the concentration of VRC had fallen below the minimum inhibitory concentration (MIC). The VRC-AMB interaction, however, was also present against strains of C. albicans, C. glabrata and C. krusei despite reduced VRC susceptibility. Against these strains the interaction was not predicted by the MIC value, suggesting that mechanisms of resistance may be of importance. Until more data are available, a reasonable recommendation is probably to avoid the sequential use of VRC followed by AMB and to use the combination of VRC and AMB for the treatment of Candida infections with caution. Only the unbound fraction of a drug is generally accepted as pharmacologically active. The activity of posaconazole (POS) with a protein binding of 98-99% was tested in serum against Candida species and compared with the calculated unbound serum concentration in protein-free media. Significant differences emerged at clinically relevant POS serum concentrations of 1.0 and 0.10 mg/l compared with the serum control regimen against one strain of C. lusitaniae. In RPMI 1640 the corresponding calculated unbound concentrations resulted in no effect for the low dose regimen compared with the RPMI 1640 control regimen. Further, against seven additional Candida strains tested, the effect of POS was greater in serum than in RPMI 1640. A flux from serum protein bound to fungal lanosterol 14α-demethylase bound POS may be the explanatory mechanism.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Virginia, 2008. / Includes bibliographical references. Also available online through Digital Dissertations.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1997. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 97-110).

Thesis (M.S.)--University of North Carolina Wilmington, 2008. / Title from PDF title page (viewed September 24, 2008) Includes bibliographical references (p. 58-59)

Environmental exposures causing ingestions of toxic chemicals, such as the polycyclic aromatic hydrocarbon 2-aminoanthracene (2-AA), may increase the risk of developing cancer and other diseases such as diabetes. To understand the mode of action of 2-AA as it relates to diabetogenic processes and pancreatic cancer, 2-AA binding to soluble protein mixtures was investigated using a novel technique called dynamic isoelectric anisotropy ligand binding assay (DIABLA). Twenty four post-weaning 3-4 week old Fischer-344 (F-344) male rats were fed 0 mg/kg (control), 50 mg/kg (low dose), 75 mg/kg (medium dose) and 100 mg/kg (high dose) 2-AA diet for 14 and 28 days. Total proteins extracted from the pancreas and liver were evaluated for their binding potential using DIABLA. This technique utilizes capillary isoelectric focusing and fluorescence anisotropy to separate proteins in their active form as well as evaluate the chemical interactions. Isoelectric point (pI) values for protein binding as well as experimental mass spectra data were determined. Investigation of 2-AA binding through screening a complex mixture of proteins is a step towards understanding the mode of action and the biological activities.

Atualmente a cucurbitacina E é considerada uma candidata a fármaco em razão de sua atividade anticâncer, reconhecimento de seus alvos moleculares e sinergismo com outros fármacos utilizados no tratamento do câncer. Porém, ainda não é possível seu uso na clínica devido a importantes lacunas na literatura relativas a ensaios de farmacocinética pré-clínicos e clínicos. A cucurbitacina E é hidrolisada a cucurbitacina I em plasma e em microssomas de fígado humano. O presente estudo visa avaliar a farmacocinética populacional e ligação as proteínas plasmáticas da cucurbitacina E e seu metabólito cucurbitacina I em plasma de ratos. O método de análise sequencial da cucurbitacina E e cucurbitacina I em plasma de ratos foi desenvolvido utilizando LCMS/ MS. Alíquotas de 50 ?L de plasma foram desproteinizadas com acetonitrila e os resíduos reconstituídos com acetonitrila:água (1:1, v/v) e adicionados do padrão interno clobazam. Os extratos foram injetados na coluna RP-18 com fase móvel constituída por mistura de acetonitrila:água:metanol (32:35:33, v/v/v). O método é preciso e exato com linearidade no intervalo de 1-100 ng de cucurbitacina E/mL de plasma e de 0,4-200 ng de cucurbitacina I/mL de plasma. O método foi aplicado na avaliação da farmacocinética da cucurbitacina E administrada a ratos machos Wistar em dose única oral (gavagem) e intravenosa de 1mg/kg dissolvida em DMSO e tampão fosfato salino pH 7,4 (5:95, v/v). As amostras seriadas de sangue foram coletadas até 24 h após a administração oral ou intravenosa. As concentrações plasmáticas de cucurbitacina E foram quantificadas até 16 h somente após a administração intravenosa, enquanto as concentrações plasmáticas de cucurbitacina I permaneceram abaixo dos valores de LIQ seguindo a administração oral ou intravenosa. O modelo de farmacocinética populacional foi desenvolvido para a cucurbitacina E administrada por via intravenosa com o auxílio do programa NONMEM com adequada qualidade de ajuste e desempenho preditivo. O perfil farmacocinético da cucurbitacina E administrada por via intravenosa foi descrito por modelo bicompartimental com distribuição e eliminação de primeira ordem com os seguintes parâmetros farmacocinéticos: tempo de liberação (D) de 0,45 h, volume de distribuição (Vd) de 27,22 L, clearance (Cl) de 4,13 L/h e meiavida de eliminação (t1/2) de 4,57 h. As interações da cucurbitacina E e cucurbitacina I com as albuminas séricas humana (HSA) e de rato (RSA) foram investigadas utilizando biossensor óptico baseado em ressonância de plasma de superfície (SPR) e espectroscopia de dicroísmo circular (CD). Os dados de ligação das cucurbitacinas a albuminas foram obtidos por experimentos de competição de CD com biliverdina. Os dados de SPR revelaram um evento de ligação inédito entre a cucurbitacina I e a HSA e as afinidades de ligação da cucurbitacina E e cucurbitacina I são maiores para a RSA do que para a HSA. A cucurbitacina E e a cucurbitacina I podem ser classificadas como substâncias de alta afinidade de ligação com a HSA e com a RSA. A análise de CD mostrou que a cucurbitacina E e a cucurbitacina I modificam a ligação da biliverdina as albuminas através de modulação alostérica oposta (positiva para HSA, negativa para RSA), confirmando a necessidade de cuidados na extrapolação de dados farmacocinéticos pré-clínicos para clínicos. / Cucurbitacin E is currently considered a drug candidate due to its anticancer activity, recognition of its molecular targets, and synergism with other drugs used for cancer treatment. However, the use of cucurbitacin E in clinical practice is not possible because of important research gaps regarding its preclinical and clinical pharmacokinetic characteristics. Cucurbitacin E is hydrolyzed to cucurbitacin I in plasma and in human liver microsomes. The aim of this study was to evaluate the population pharmacokinetics and plasma protein binding of cucurbitacin E and of its metabolite cucurbitacin I in rats. The method for the sequential analysis of cucurbitacins E and I in rat plasma was developed using LC-MS/MS. Plasma aliquots of 50 ?L were deproteinized with acetonitrile, the residues were reconstituted in acetonitrile:water (1:1, v/v), and clobazam was added as internal standard. The extracts were injected into an RP-18 column using a mobile phase consisting of a mixture of acetonitrile:water:methanol (32:35:33, v/v/v). The method was precise and accurate, showing linearities at a range of 1-100 ng cucurbitacin E/mL plasma and of 0.4-200 ng cucurbitacin I/mL plasma. The method was applied to the pharmacokinetic evaluation of cucurbitacin E administered to male Wistar rats at a single oral (gavage) or intravenous dose of 1 mg/kg dissolved in DMSO and phosphate-buffered saline, pH 7.4 (5:95, v/v). Serial blood samples were collected up to 24 h after oral or intravenous administration. The plasma concentrations of cucurbitacin E were quantified up to 16 h only after intravenous administration, while the plasma concentrations of cucurbitacin I remained below the limit of quantification after oral or intravenous administration. The population pharmacokinetic model was developed for administered intravenously cucurbitacin E using the NONMEM program, with adequate goodness of fit and predictive performance. The pharmacokinetic profile of intravenously administered cucurbitacin E was described by a two-compartment model with first-order distribution and elimination. The following pharmacokinetic parameters were obtained: release time (D) of 0.45 h, volume of distribution (Vd) of 27.22 L, clearance (Cl) of 4.13 L/h, and elimination half-life (t1/2) of 4.57 h. The interactions of cucurbitacin E and I with human (HSA) and rat (RSA) serum albumins were investigated using an optical biosensor by surface plasmon resonance (SPR) and circular dichroism (CD) spectroscopy. The binding data of the cucurbitacins to albumins were obtained by CD competition experiments with biliverdin. The SPR data revealed an undescribed binding event between cucurbitacin I and HSA and the binding affinities of cucurbitacin E and cucurbitacin I were higher for RSA than for HSA. Cucurbitacin E and cucurbitacin I can be classified as substances with high binding affinity for HSA and RSA. CD analysis showed that cucurbitacin E and cucurbitacin I modify the binding of biliverdin to albumins through opposite allosteric modulation (positive for HSA, negative for RSA), confirming that care should be taken when extrapolating the pharmacokinetic data between species.

Glucocorticosteroide (GC) spielen für viele endogene Prozesse im Organismus eine wichtige Rolle. Sie regulieren die Gluconeogenese sowie den Lipid- und Proteinstoffwechsel. Außerdem sind sie für die Stressregulierung über die Hypothalamus-Nebennierenrinden-Achse verantwortlich. Therapeutisch kommen die GCs wegen ihrer entzündungshemmenden Wirkung zum Einsatz und werden u.a. bei Asthma und Gelenkentzündungen angewandt. Diese Eigenschaft macht sie auch interessant für den Gebrauch im Sportbereich. Dort wird ihre Anwendung über die Weltantidopingagentur reguliert. Ihr oraler, intramuskulärer, intravenöser und rektaler Gebrauch ist im Wettkampf verboten. Diese Einschränkung bzgl. des Applikationszeitraumes und des Applikationsweges erschwert die diagnostische Aussagekraft von Routinedopingproben, welche im Urin durchgeführt werden. Ein Grenzwert von 30 ng/ml soll einen legalen Gebrauch von einem Missbrauch abgrenzen. Die endogenen Glucocorticosteroide stellen hierbei jedoch einen Graubereich dar. Endogen wird Cortisol in einem zirkadianen Rhythmus produziert und die Produktion ist stressinduziert. Somit kommt es zu ausgeprägten intra- und interindividuellen Streuungen der endogenen Produktion. Dadurch bedingt ist eine Abgrenzung der endogenen Produktion von einer legalen Anwendung bzw. einem Missbrauch im Rahmen der Dopingrichtlinien im Urin nicht möglich. Speziell für den Nachweis von endogenen Substanzen ist es wichtig, eine Methode zu finden, mit der es möglich ist, die endogene Produktion von einer exogenen Bezugsquelle abzugrenzen. Dabei haben sich zwei Wege als hilfreich herausgestellt. Zum einen, wenn die Differenzierung nicht an Hand von Absolutkonzentrationen sondern durch die Anwendung von Analytverhältnissen durchgeführt wird. Zum anderen, wenn zusätzliche Untersuchungen im Speichel oder Haar durchgeführt werden. Haar- und Speichelproben zählen zu den ergänzenden Matrizes der Routineuntersuchungsmedien Urin und Blut und werden bereits in vielen forensischen und klinischen Laboren für diagnostische Fragestellungen verwendet. Diese Matrizes liefern wichtige Hinweise auf den akuten (Speichel) oder chronischen/ zurückliegenden (Haar) Gebrauch bzw. Missbrauch von Medikamenten und Drogen. Sowohl die Haar- als auch Speichelmatrix sollen den physiologisch aktiven Anteil von Substanzen im Blut widerspiegeln und somit korrektere Rückschlüsse auf deren Wirksamkeit zulassen. Das endogene Glucocorticosteroid Cortisol steht seit der Jahrtausendwende im Blickpunkt vieler Forschungen, welche sich mit dessen Bedeutung für die Stressantwort befassen und Cortisol u.a. im Speichel und Haar nachweisen. Auffällig ist dabei, dass die ersten Arbeiten fast ausschließlich mittels immunchemischen Nachweisverfahren erfolgten. Erst in den letzten fünf Jahren wurde vermehrt LC-MS/MS-Verfahren angewandt. Vorteil dieser ist, dass der Nachweis von Substanzen selektiv erfolgt und Kreuzreaktionen nicht stattfinden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Konzentrationen von mehreren Analyten mit einer Messung bestimmt werden können. So ist es zum Beispiel möglich Cortisol und andere Steroide, z.B. dem Cortison parallel nachzuweisen. Cortison spielt für die physiologische Wirkung der Glucocorticosteroide im Körper keine Rolle, da es selbst nicht biologisch aktiv ist. Deshalb wurde es in bisherigen Forschungen für diagnostische Aussagen nicht berücksichtigt. Mit Verwendung der LC-MS/MS-Technologie werden jedoch beide endogenen GCs zunehmend nebeneinander bestimmt. Bei der Betrachtung von unterschiedlichen Untersuchungsmedien ist auffällig, dass sich die Konzentrationsverhältnisse Cortisol zu Cortison unterscheiden. Entgegengesetzte Verhält-nisse werden ersichtlich, wenn die GC-Konzentrationen im Blut mit denen im Speichel bzw. Haar verglichen werden. Bisher wurden diese Beobachtungen mit der lokalen Wirksamkeit von Enzymen, welche die Corticosteroide ineinander umwandeln, erklärt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde folgender Fragestellung für die Nachweisbarkeit der Glucocorticosteroide nachgegangen: „Wie hoch ist der Anteil der Plasmaproteinbindung der GCs im Blut und welche Rückschlüsse lassen sich daraus auf die Konzentrationsverschiebung innerhalb der einzelnen Matrizes ziehen?“ Basierend auf die einzelnen Teilprojekte wurden sowohl Plasmaproben als auch Speichel- und Haarproben hinsichtlich ihrer GC-Konzentrationen analysiert. Die Untersuchung von Kontrollproben ermöglichte es, Referenzwerte unter Normalbedingungen zu erheben. Die Ergebnisse aus den Projekten ergaben, dass die beiden endogen GCs Cortisol und Cortison in unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen in den Analysenmedien vorkommen: Plasma: Gesamtkonzentration F:E ca. 3:1 freie Konzentrationen F:E ca. 1:1 Speichel: F:E ca. 1:5 Haar: F:E ca. 1:3 Die Bestimmung der Plasmaproteinbindung (PPB) beider endogener GCs hat gezeigt, dass Cortisol mit ca. 96 % stärker an die Transportproteine CBG und Albumin bindet als Cortison mit ca. 85 %. Dies führt dazu, dass sich die freien, nicht-proteingebundenen Konzentrationen angleichen und es zu einer Verhältnisverschiebung von Cortisol zu Cortison von 3:1 auf 1:1 kommt. Somit stehen vergleichbare Konzentrationen für die Inkorporation ins Haar bzw. die Diffusion in den Speichel zur Verfügung. Es konnte gezeigt werden, dass die freien Plasmakonzentrationen beider GC stark mit den Speichelkonzentrationen korrelieren. Cortisol aber unterproportional und Cortison überproportional vom Plasma in den Speichel übergeht. Dies kann mit zwei weiteren Mechanismen, welche während der Diffusion eine Rolle spielen, der unterschiedlichen Lipophilie und der Inaktivierung durch lokale Enzym-reaktionen, erklärt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich die Tagesrhythmik der GC-Produktion im Speichel abbilden lässt und eine starke Korrelation zwischen Cortison und Cortisol vorliegt. Mit Hilfe einer Grenzfunktion können endogene Referenzkonzentrationen definiert und Messdaten eingeordnet werden. Unter anderem wurde gezeigt, dass eine Hormonersatztherapie mit Hydrocortison zu einer Verschiebung der Metabolisierung und der PPB führt und somit ein Gebrauch/Missbrauch von GCs durch abweichende Konzentrationsverhältnisse nachweisbar ist. Speicheluntersuchungen während einer chronischen Stresssituation (Schwangerschaft) zeigen, dass die GC-Produktion stetig ansteigt und sich besonders die morgendlichen Werte unterscheiden. Um die tageszeitlichen und stressbedingten Schwankungen der GC-Produktion auszublenden und eine längere Zeitspanne zu betrachten, wurden zusätzlich Haarproben analysiert. In diesen wurde ein kontinuierlicher Anstieg der GCs in den proximalen Haarsegmenten nachgewiesen, was auf eine kontinuierlich erhöhte Inkorporation während der chronischen Stresssituation schließen lässt. Außerdem wurde gezeigt, dass die Haarkonzentrationen dem Auswascheffekt unterliegen und die nachweisbaren Konzentrationen geringer werden, je älter das Haar wird. Schlussfolgernd kann gesagt werden, dass beide Mechanismen (Einlagerung und Auswaschung) konkurrieren und deshalb Referenzdaten nur für das proximale Segment erhoben werden können. Für weitere Segmente sind die Auswirkungen der individuellen Einflüsse nicht mehr allgemeingültig kalkulierbar und nur noch intraindividuelle Vergleiche nach mehrmaliger Beprobung aussagekräftig. Sind die Effekte der verstärkten Inkorporation größer als die Auswaschung, lassen sich diese auch Monate später erkennen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Plasmaproteinbindung der GCs zur Verhältnisverschiebung der Konzentrationen im Blut, Speichel und Haar beiträgt. Etwa 50 % des beobachteten Effekts kann der PPB zugeordnet werden. Weitere Quellen sind die unterschiedliche Lipophilie der GCs und die enzymatische Umwandlung, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit jedoch nicht „quantitativ“ betrachtet wurden. Die enzymatische Inaktivierung wurde bis dato als Hauptverantwortliche für die Konzentrationsverschiebung diskutiert. Mit der aktuellen Arbeit wurde dies widerlegt, und die Plasmaproteinbindung als Hauptquelle identifiziert.