Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The antiretroviral drug efavirenz remains a cornerstone for treatment-naïve HIV patients. Subsequent to the demonstration that efavirenz is a substrate of cytochrome P450 (CYP) 2B6, a number of clinical studies found that the CYP2B6*6 allele is significantly associated with higher efavirenz exposure and/or adverse reactions. However, the mechanism of reduced efavirenz metabolism by this genetic variant is not fully understood and whether this variant exhibits differential susceptibility to metabolic inhibition is also unknown. Ths use of efavirenz is further complicated by the drug interactions associated with it. Therefore, I hypothezised that 1) the CYP2B6*6 allele reduces efavirenz metabolism by altering catalytic properties of CYP2B6; 2) efavirenz alters the pharmacokinetics of co-administered drugs by inhibiting drug metabolizing enzymes. A series of studies was carried out in hepatic microsomal preparations to determine the functional consequences of the CYP2B6*6 allele and to assess inhibition potency of efavirenz on 8 CYPs. The major findings for these studies include: 1) the CYP2B6*6 allele reduces efavirenz metabolism by decreasing substrate binding and catalytic efficiency; 2) functional consequences of the CYP2B6*6 allele appear to be substrate- and cytochrome b5-dependent; 3) the CYP2B6*6 allele confers increased susceptibility to metabolic inhibition; and 4) efavirenz inhibits the activities of CYP2B6, 2C8, 2C9 and 2C19 at therapeutically relevant concentrations. In addition, I explored the hypothesis that the incorporation of in vitro mechanism by which the CYP2B6*6 allele reduced efavirenz metabolism predicts the genetic effect of this allele on efavirenz clearance after a single oral dose by modeling approach. A pharmacogenetics-based in vitro-in vivo extrapolation (IVIVE) model was developed to predict human efavirenz clearance. Taken together, results from this dissertation provide new mechanistic information on how the CYP2B6*6 allale alters substrate metabolism and drug interactions; demonstrate new mechanisms of efavirenz-mediated inhibition interactions; and demonstrate the utility of a pharmacogenetics-based predictive model that can serve as a basis for future studies with efavirenz and other CYP2B6 substrates. Overall these data provide improved understanding of genetic and non-genetic determinant of efavirenz disposition and drug interactions associated with it.

Die Therapie der HIV Infektion besteht aus Kombination mehrerer antiretroviraler Substanzen und birgt ein erhöhtes Risiko an Arzneimittelwechselwirkungen. Das bekannte Problem der Virusresistenz kann zudem durch Enzyminduktion begünstigt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in Untersuchungen zu Einflüssen der Virustatika auf die Expression von Cytochrom P450 Enzymen: 1A1, 1B1, 3A4 sowie der P-Glykoproteins (MDR1) an immortalisierten Zellsystemen. Die Protease Inhibitoren Indinavir, Nelfinavir, Ritonavir und Saquinavir induzierten die Regulation der mRNA Expression über den Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor (AhR) und den Pregnan-X-Rezeptor (PXR) dosisabhängig und signifikant. Die Nukleosidischen Reverse Transkriptase Inhibitoren Zalcitabin, Zidovudin und Lamivudin sowie der Nicht-Nukleosidische Inhibitor Nevirapin zeigten induktive Eigenschaften nur für die AhR Zielgene CYP1A1 und CYP1B1. Amprenavir und Efavirenz aktivierten die PXR-Regulation. Die möglichen Auswirkungen der Induktion der untersuchten Gene wurden ausführlich diskutiert. Die molekularen Grundlagen der interindividuell variierenden Aktivität von CYP3A wurden in einer Probandenstudie untersucht. Es wurden die mRNA Expression in den Leukozyten, die Aktivität des Enzyms und einige bekannte Polymorphismen unter Einwirkung von Rifampicin untersucht und diskutiert. / The therapy of HIV infection requires a combination of several antiretroviral substances accompanying risk factors for drug-drug interactions. Moreover, virus resistance can be promoted by enzyme induction caused by antiretroviral drugs. The aim of the study was to investigate the influences of antiretroviral substances on the expression of cytochrome P450 enzymes: 1A1, 1B1, 3A4 and p-glycoprotein (MDR1) using immortalized cell systems. The protease inhibitors indinavir, nelfinavir, ritonavir and saquinavir induced significantly the regulation of mRNA expression through the aryl hydrocarbon receptor (AhR) and the pregnane-x-receptor (PXR) in a concentration-dependent manner. The nucleoside reverse transcriptase inhibitors zalcitabine, zidovudine and lamivudine and the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor nevirapine showed inductive properties only for the AhR target genes CYP1A1 and CYP1B1.Amprenavir and efavirenz activated the PXR target genes. Potentially effects of the described induction are discussed. In a second part of the work, the molecular mechanisms of the individual varying activity of the CYP3A enzyme were investigated applying an in vivo study. CYP3A4 mRNA expression and rifampicin mediated induction in leucocytes were correlated with systemic enzyme activity under induction and known polymorphisms.

Introdução: Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) é um inibidor da transcriptase reversa análogo nucleotídeo que tem sido usado por gestantes para o tratamento da infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV), bem como para a prevenção da transmissão vertical do vírus. Até o momento, não há estudos experimentais ou em humanos sobre a incidência de alterações renais nos fetos expostos a esquemas contendo TDF. Objetivo: Verificar a ocorrência de alterações renais e sistêmicas fetais causadas pelo uso do TDF durante a gestação. Metodologia: Ratos Wistar fêmeas receberam dieta padrão com ou sem adição de TDF (100mg/Kg de dieta) desde uma semana antes do cruzamento até o parto. A prole proveniente do grupo TDF foi colocada com uma mãe adotiva não tratada durante o período de amamentação e foi comparada com a prole de ratas que receberam dieta padrão durante a gestação (grupo controle). Controle e TDF foram acompanhados até três (n=9 para cada grupo) e seis (n=12 e n=10, respectivamente) meses de idade. Foram avaliados: peso corporal (PC) e pressão arterial sistólica (PAS) mensais, contagem de glomérulos, função renal (através do clearance de inulina), parâmetros bioquímicos (proteinúria, colesterol total, sódio e potássio séricos e urinários), e expressão proteica do tecido renal para componentes do sistema renina angiotensina aldosterona (SRAA) e para transportadores de sódio. Resultados: A prole TDF apresentou menor PC ao nascimento em comparação com o controle. Após o 3º mês, o grupo TDF demonstrou um crescimento compensatório, atingindo o sexto mês com maior PC. O peso renal foi menor no grupo TDF, porém, não houve diferença do número de néfrons entre os grupos. O grupo TDF apresentou alterações estruturais glomerulares. Observou-se também um aumento progressivo da PAS após o segundo mês de idade no grupo TDF. Não houve diferença estatística na função renal entre os grupos. Os níveis plasmáticos de aldosterona foram mais elevados no grupo TDF, em associação com um aumento da expressão renal do SRAA. Ratos do grupo TDF apresentaram menor excreção renal de sódio e maior expressão renal de transportadores de sódio. Conclusões: Esta é a primeira descrição, a partir de um modelo experimental, que a utilização do TDF durante a gestação resulta em hiperativação do SRAA, aumento da expressão dos transportadores renais de sódio e hipertensão arterial da prole / Introduction: Tenofovir disoproxil fumarato (TDF) is a nucleotide reverse transcriptase inhibitor that has been used in pregnants for treatment of maternal HIV infection and for prevention of vertical transmission. Currently, there are no published studies providing data regarding the occurrence of renal abnormalities in fetuses exposed to TDF-containing regimens. Objective: To evaluate the occurrence of systemic and renal abnormalities in offspring of Wistar rats exposed to TDF during pregnancy. Methods: Female Wistar rats received a standard diet, with or without addition of TDF (100 mg/Kg diet), one week before mating and during pregnancy. Offspring from the TDF group were placed with an untreated foster mother during breastfeeding and compared with offspring from rats maintained on a standard diet during mating and pregnancy (control). Control and TDF were followed up at three and six months of age. Analyzed data: monthly body weight and systolic blood pressure (SBP), glomerular counting, renal function, biochemical parameters, and renal tissue immunoblotting for renin angiotensin aldosterone system (RAAS) and renal sodium transporters. Results: TDF offspring showed lower birth weight compared with the control group. After the third month, growth among the TDF group experienced a rapid catch-up. SBP increased progressively after the second month of age in the TDF group. The nephron number did not differ between groups. The TDF group showed glomerular structural changes. There was no significant difference in renal function between the groups studied. Plasma aldosterone was higher in the TDF group, associated with a significant increase in renal expression of RAAS. The TDF rats showed upregulation of renal sodium transporters and consequently lower urinary sodium excretion. Conclusions: This is the first demonstration using an experimental model that maternal exposure to TDF during gestation results in over activation of RAAS, upregulation of renal sodium transporters and hypertension of the offspring

A Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (AIDS) é um problema de saúde pública. O Tenofovir Disoproxil Fumarato (TDF) foi o primeiro inibidor do nucleotídeo da transcriptase reversa e é a droga mais recomendada para o tratamento da AIDS. Entretanto, o uso prolongado de TDF está associado com a nefrotoxicidade. A deficiência de vitamina D tem alta prevalência em indivíduos infectados com o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV). A vitamina D participa da regulação de atividades fisiológicas de diversos órgãos, incluindo o rim, oferecendo proteção contra as lesões ocasionadas por diferentes causas. Portanto, pacientes com níveis baixos de vitamina D infectados com o HIV podem apresentar complicações renais e cardiovasculares durante a terapia antirretroviral. Sendo assim, a carência desta vitamina pode acelerar a progressão da doença renal. Tendo em vista o aumento da incidência de hipovitaminose D na população mundial, esse trabalho tem o objetivo de verificar os mecanismos que levam ao desenvolvimento da lesão renal em ratos depletados de vitamina D submetidos ao tratamento com TDF. Ratos Wistar foram divididos em quatro grupos: controle, animais que receberam dieta padrão por 60 dias; dVD, animais que receberam dieta depletada em vitamina D por 60 dias; TDF, animais que receberam dieta padrão por 60 dias com a adição de TDF (50 mg/kg de dieta) nos últimos 30 dias; e dVD+TDF, animais que receberam dieta depletada em vitamina D por 60 dias com a adição de TDF nos últimos 30 dias. Ao final dos 60 dias, os animais foram submetidos à eutanásia, amostras de sangue, urina e o tecido renal foram coletados para a análise dos mecanismos de lesão renal. O tratamento com TDF levou a insuficiência renal observada pela queda da filtração glomerular e lesão tubular proximal com aparecimento de fosfatúria ocasionada pela diminuição do cotransportador sódio/fosfato subtipo IIa. Essas alterações foram acompanhadas de hipertensão e modificações no perfil lipídico. A deficiência em vitamina D associada à administração de TDF agravou os efeitos renovasculares e a nefrotoxicidade induzida pelo TDF, pelo menos em parte, devido ao aumento nos marcadores de estresse oxidativo e a participação do sistema renina-angiotensina-aldosterona. Portanto, é essencial monitorar os níveis de vitamina D em pacientes infectados com o HIV tratados com TDF / Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) has become one of the world\'s most serious health problem. Tenofovir Disoproxil Fumarate (TDF) was the first available nucleotidic reverse transcription inhibitor and is a widely prescribed antiretroviral medication for treatment of Human Immunodeficiency Virus (HIV). However, the long-term use of TDF has been associated with a number of toxicities, including those affecting the kidney. Vitamin D deficiency is prevalent among HIVinfected individuals. Vitamin D not only regulates numerous physiological activities of multiple organ systems, but also protects the kidney from injury from different causes. Thus, HIV-infected subjects with low levels of vitamin D could experience increased complications during antiretroviral therapy, such as cardiovascular disease and renal impairment. In view of the high worldwide incidence of hypovitaminosis D, the aim of this study was to investigate the effects of vitamin D deficiency on TDF-induced nephrotoxicity. Wistar rats were divided into four groups: control, receiving a standard diet for 60 days; dVD, receiving a vitamin D-free diet for 60 days; TDF, receiving a standard diet for 60 days with the addition of TDF (50 mg/kg food) for the last 30 days; and dVD+TDF receiving a vitamin D-free diet for 60 days with the addition of TDF for the last 30 days. At the end of the protocol, animals were euthanized and blood, urine and tissue samples were collected in order to evaluate the mechanisms responsible for renal injury. TDF led to impaired renal function, hyperphosphaturia, hypophosphatemia, hypertension and increased renal vascular resistance due to downregulation of the sodium-phosphorus cotransporter and upregulation of reninangiotensin- aldosterone system (RAAS). TDF also increased oxidative stress, as evidenced by higher TBARS and lower GSH levels, and induced dyslipidemia. Association of TDF and vitamin D deficiency aggravated renovascular effects and TDFinduced nephrotoxicity at least in part by the increase of oxidative stress and the involvement of RAAS. Hence, it is important to monitor vitamin D levels in HIV-infected patients treated with TDF

A Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (AIDS) é um problema de saúde pública. O Tenofovir Disoproxil Fumarato (TDF) foi o primeiro inibidor do nucleotídeo da transcriptase reversa e é a droga mais recomendada para o tratamento da AIDS. Entretanto, o uso prolongado de TDF está associado com a nefrotoxicidade. A deficiência de vitamina D tem alta prevalência em indivíduos infectados com o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV). A vitamina D participa da regulação de atividades fisiológicas de diversos órgãos, incluindo o rim, oferecendo proteção contra as lesões ocasionadas por diferentes causas. Portanto, pacientes com níveis baixos de vitamina D infectados com o HIV podem apresentar complicações renais e cardiovasculares durante a terapia antirretroviral. Sendo assim, a carência desta vitamina pode acelerar a progressão da doença renal. Tendo em vista o aumento da incidência de hipovitaminose D na população mundial, esse trabalho tem o objetivo de verificar os mecanismos que levam ao desenvolvimento da lesão renal em ratos depletados de vitamina D submetidos ao tratamento com TDF. Ratos Wistar foram divididos em quatro grupos: controle, animais que receberam dieta padrão por 60 dias; dVD, animais que receberam dieta depletada em vitamina D por 60 dias; TDF, animais que receberam dieta padrão por 60 dias com a adição de TDF (50 mg/kg de dieta) nos últimos 30 dias; e dVD+TDF, animais que receberam dieta depletada em vitamina D por 60 dias com a adição de TDF nos últimos 30 dias. Ao final dos 60 dias, os animais foram submetidos à eutanásia, amostras de sangue, urina e o tecido renal foram coletados para a análise dos mecanismos de lesão renal. O tratamento com TDF levou a insuficiência renal observada pela queda da filtração glomerular e lesão tubular proximal com aparecimento de fosfatúria ocasionada pela diminuição do cotransportador sódio/fosfato subtipo IIa. Essas alterações foram acompanhadas de hipertensão e modificações no perfil lipídico. A deficiência em vitamina D associada à administração de TDF agravou os efeitos renovasculares e a nefrotoxicidade induzida pelo TDF, pelo menos em parte, devido ao aumento nos marcadores de estresse oxidativo e a participação do sistema renina-angiotensina-aldosterona. Portanto, é essencial monitorar os níveis de vitamina D em pacientes infectados com o HIV tratados com TDF / Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) has become one of the world\'s most serious health problem. Tenofovir Disoproxil Fumarate (TDF) was the first available nucleotidic reverse transcription inhibitor and is a widely prescribed antiretroviral medication for treatment of Human Immunodeficiency Virus (HIV). However, the long-term use of TDF has been associated with a number of toxicities, including those affecting the kidney. Vitamin D deficiency is prevalent among HIVinfected individuals. Vitamin D not only regulates numerous physiological activities of multiple organ systems, but also protects the kidney from injury from different causes. Thus, HIV-infected subjects with low levels of vitamin D could experience increased complications during antiretroviral therapy, such as cardiovascular disease and renal impairment. In view of the high worldwide incidence of hypovitaminosis D, the aim of this study was to investigate the effects of vitamin D deficiency on TDF-induced nephrotoxicity. Wistar rats were divided into four groups: control, receiving a standard diet for 60 days; dVD, receiving a vitamin D-free diet for 60 days; TDF, receiving a standard diet for 60 days with the addition of TDF (50 mg/kg food) for the last 30 days; and dVD+TDF receiving a vitamin D-free diet for 60 days with the addition of TDF for the last 30 days. At the end of the protocol, animals were euthanized and blood, urine and tissue samples were collected in order to evaluate the mechanisms responsible for renal injury. TDF led to impaired renal function, hyperphosphaturia, hypophosphatemia, hypertension and increased renal vascular resistance due to downregulation of the sodium-phosphorus cotransporter and upregulation of reninangiotensin- aldosterone system (RAAS). TDF also increased oxidative stress, as evidenced by higher TBARS and lower GSH levels, and induced dyslipidemia. Association of TDF and vitamin D deficiency aggravated renovascular effects and TDFinduced nephrotoxicity at least in part by the increase of oxidative stress and the involvement of RAAS. Hence, it is important to monitor vitamin D levels in HIV-infected patients treated with TDF

Introdução: Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) é um inibidor da transcriptase reversa análogo nucleotídeo que tem sido usado por gestantes para o tratamento da infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV), bem como para a prevenção da transmissão vertical do vírus. Até o momento, não há estudos experimentais ou em humanos sobre a incidência de alterações renais nos fetos expostos a esquemas contendo TDF. Objetivo: Verificar a ocorrência de alterações renais e sistêmicas fetais causadas pelo uso do TDF durante a gestação. Metodologia: Ratos Wistar fêmeas receberam dieta padrão com ou sem adição de TDF (100mg/Kg de dieta) desde uma semana antes do cruzamento até o parto. A prole proveniente do grupo TDF foi colocada com uma mãe adotiva não tratada durante o período de amamentação e foi comparada com a prole de ratas que receberam dieta padrão durante a gestação (grupo controle). Controle e TDF foram acompanhados até três (n=9 para cada grupo) e seis (n=12 e n=10, respectivamente) meses de idade. Foram avaliados: peso corporal (PC) e pressão arterial sistólica (PAS) mensais, contagem de glomérulos, função renal (através do clearance de inulina), parâmetros bioquímicos (proteinúria, colesterol total, sódio e potássio séricos e urinários), e expressão proteica do tecido renal para componentes do sistema renina angiotensina aldosterona (SRAA) e para transportadores de sódio. Resultados: A prole TDF apresentou menor PC ao nascimento em comparação com o controle. Após o 3º mês, o grupo TDF demonstrou um crescimento compensatório, atingindo o sexto mês com maior PC. O peso renal foi menor no grupo TDF, porém, não houve diferença do número de néfrons entre os grupos. O grupo TDF apresentou alterações estruturais glomerulares. Observou-se também um aumento progressivo da PAS após o segundo mês de idade no grupo TDF. Não houve diferença estatística na função renal entre os grupos. Os níveis plasmáticos de aldosterona foram mais elevados no grupo TDF, em associação com um aumento da expressão renal do SRAA. Ratos do grupo TDF apresentaram menor excreção renal de sódio e maior expressão renal de transportadores de sódio. Conclusões: Esta é a primeira descrição, a partir de um modelo experimental, que a utilização do TDF durante a gestação resulta em hiperativação do SRAA, aumento da expressão dos transportadores renais de sódio e hipertensão arterial da prole / Introduction: Tenofovir disoproxil fumarato (TDF) is a nucleotide reverse transcriptase inhibitor that has been used in pregnants for treatment of maternal HIV infection and for prevention of vertical transmission. Currently, there are no published studies providing data regarding the occurrence of renal abnormalities in fetuses exposed to TDF-containing regimens. Objective: To evaluate the occurrence of systemic and renal abnormalities in offspring of Wistar rats exposed to TDF during pregnancy. Methods: Female Wistar rats received a standard diet, with or without addition of TDF (100 mg/Kg diet), one week before mating and during pregnancy. Offspring from the TDF group were placed with an untreated foster mother during breastfeeding and compared with offspring from rats maintained on a standard diet during mating and pregnancy (control). Control and TDF were followed up at three and six months of age. Analyzed data: monthly body weight and systolic blood pressure (SBP), glomerular counting, renal function, biochemical parameters, and renal tissue immunoblotting for renin angiotensin aldosterone system (RAAS) and renal sodium transporters. Results: TDF offspring showed lower birth weight compared with the control group. After the third month, growth among the TDF group experienced a rapid catch-up. SBP increased progressively after the second month of age in the TDF group. The nephron number did not differ between groups. The TDF group showed glomerular structural changes. There was no significant difference in renal function between the groups studied. Plasma aldosterone was higher in the TDF group, associated with a significant increase in renal expression of RAAS. The TDF rats showed upregulation of renal sodium transporters and consequently lower urinary sodium excretion. Conclusions: This is the first demonstration using an experimental model that maternal exposure to TDF during gestation results in over activation of RAAS, upregulation of renal sodium transporters and hypertension of the offspring