Le diabète de type 2 (DT2) atteint environ 387 millions de personnes à l’échelle mondiale. Ces individus ont souvent recours à une polymédication pour contrôler leur glycémie, mais également pour prévenir et contrôler les comorbidités micro- et macrovasculaires associées au diabète. Or, aux doses usuelles, certains patients atteints de DT2 ont une réponse aux médicaments différente de celle des patients non-diabétiques. Des variabilités dans les dosages et les effets de certains médicaments, tels le clopidogrel, la warfarine, la cyclosporine et la tacrolimus, sont observées chez les patients diabétiques. Cette variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments chez les patients avec DT2 constitue une problématique importante, car elle peut causer des échecs thérapeutiques, des effets indésirables et des toxicités médicamenteuses. Un des mécanismes sous-jacent proposé afin d’expliquer cette variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments chez les patients diabétiques est que leur capacité à éliminer les médicaments par métabolisme soit affectée. De fait, des évidences supportent un lien entre les maladies avec composantes inflammatoires et une modulation de l’activité des enzymes du métabolisme. Certains médiateurs inflammatoires peuvent moduler l’expression et l’activité des protéines enzymatiques telles les cytochromes P450 (CYP450s), un système enzymatique majeur dans le métabolisme des médicaments. Plusieurs organes expriment différentes isoenzymes des CYP450s lesquelles peuvent contribuer au métabolisme local des médicaments et ainsi influencer leurs concentrations atteintes dans les organes cibles. L’objectif de cette étude est d’évaluer les effets du DT2 sur l’expression et l’activité des CYP450s afin d’identifier leur contribution à la variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments en utilisant la souris diabétique sous diète riche en gras (DIO) comme modèle. Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire démontrent que les souris DIO présentent une modulation de l’expression et de l’activité des CYP450s. Nos résultats montrent que cette modulation est spécifique à certaines isoenzymes et variable selon les tissus. Ces travaux supportent que la présence du diabète avec obésité affecte les CYP450s hépatiques et extra-hépatiques, lesquels peuvent ainsi influencer les concentrations systémiques et les concentrations tissulaires, respectivement. D’une perspective future et translationnelle, notre étude mènera à une meilleure compréhension de la capacité d’élimination des médicaments chez les patients diabétiques et par conséquent, à proposer des dosages appropriés pour des médicaments métabolisés par les CYP450s chez les patients diabétiques : une avancée dans l’approche de la médecine personnalisée. / Around 387 million people worldwide suffer from type 2 diabetes (T2D). Patients with T2D often require polypharmacy, not only to ensure glycaemic control, but also to prevent and control micro- and macrovascular comorbidities associated with T2D. However, clinical practice reveals that some diabetic patients show highly variable responses to different drugs in comparison with non-diabetic patients. Variable drug dosages and effects are observed for drugs such as clopidogrel, warfarin, cyclosporine and tacromilus. This intersubject variability in drug response in diabetic patients is an important issue as it may results in treatment failure, adverse effects or even drug toxicity. One of the underlying mechanisms suggested to explain the intersubject variability in drugs responses in diabetic patients is their modified ability to eliminate drugs through metabolism. Evidence support the association between inflammatory diseases, such as T2D, and an activity modulation of metabolism enzymes. It is known that these inflammatory processes can modulate the expression and activity of enzyme proteins, such as the cytochromes P450 (CYP450s), a major enzyme system in drug metabolism. Moreover, several organs express various CYP450s isoenzymes that may contribute to the local drug metabolism, thus influence the drugs concentration within the target organs. Therefore, the aim of this study is to assess the effects of T2D on the expression and activity of CYP450s in order to identify their responsibility in the intersubject response variability to drugs using diet-induced obesity (DIO) mice as a model. The work carried out as part of this thesis shows that there is a modulation of the expression and activity of CYP450s isoenzymes in the DIO mouse model. Our results indicate that this modulation occurs in an isoenzyme-specific and tissue-dependent fashion. This work supports that the presence of diabetes with obesity affects hepatic and extrahepatic CYP450s, which may influence the systemic and local drug concentrations, respectively. In a future and translational perspective, our study will lead to a better understanding of the drug elimination capacity in diabetic patients, and thus will prompt an appropriate dosage adjustment for drugs metabolized by CYP450s in diabetic patients: a step forward towards a more personalized medicine approach.

Ce projet de recherche comporte deux parties principales qui possèdent comme lien unificateur l’amélioration des méthodes et techniques utilisées actuellement pour évaluer aussi bien l’activité que l’expression des cytochromes P450 (CYP450s) et menant par la suite à leur application en clinique. Le premier volet de ce projet de recherche porte sur le développement de méthodes LC-MS/MS pour un cocktail de 7 substrats marqueurs des CYP450s. Notre objectif est de développer et valider une méthode LC-MS/MS spécifique et sensible permettant l’évaluation des activités des CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 et 2E1 suivant l’administration orale et à faible dose d’un cocktail de substrats marqueurs chez des patients et sujets sains. Les méthodes développées peuvent être utilisées pour évaluer les mécanismes de variabilité interindividuelle comme l’impact de polymorphismes génétiques, de facteurs environnementaux et de maladies dans le processus de métabolisme et d’élimination des médicaments, mais également pour investiguer les interactions médicamenteuses. Ce cocktail a été appliqué avec succès, dans un projet clinique portant sur l’évaluation des effets du diabète sur la capacité métabolique par les CYP450s. Le deuxième volet de ce projet de recherche vise à développer des méthodes analytiques par LC-HRMS afin de caractériser et quantifier les CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 et 4F2 dans l’intestin grêle humain. Notre hypothèse suggère que les CYP450s retrouvés le long de l’intestin grêle peuvent affecter significativement l’effet de premier passage de certains médicaments administrés par voie orale et influencer leurs concentrations plasmatiques et conséquemment, leurs effets pharmacologiques et/ou toxiques. Ma participation à ce projet a permis d’identifier des peptides protéotypiques par digestion in silico et in vitro et de développer des méthodes de quantification absolue par LC-HRMS. Ce projet est une première étape dans la caractérisation des CYP450s majeurs le long de l'intestin grêle. Il permettra de mieux comprendre les mécanismes de variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments associés au processus d'absorption intestinal et de mieux prédire la variabilité dans la biodisponibilité des médicaments et de développer des modèles pharmacocinétiques plus complexes. / This research project is divided into two sections, both aiming at the development of sensitive and specific LC-MS methods to evaluate activity and expression of CYP450 and finally, looking at their clinical application. The first section of this research project focuses on the development of analytical methods by LC-MS/MS for a seven CYP450 probe-drug cocktail. Although these cocktails have shown value they also suffer from many limitations. Our objective was to develop and validate highly sensitive and selective LC-MS/MS assays allowing the determination of CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 and 2E1 activities following administration of low oral doses of a modified CYP450 probe-drug cocktail in patients. These methods can be used to phenotype CYP450 activities, evaluate inter-individual variabilities, study the impact of pathological conditions on drug metabolism and elimination, and evaluate drug-drug interactions. Our CYP450 cocktail assays have been successfully applied to phenotype CYP450 activities in type 2 diabetic patients. The second section of this project aims at the development of a LC-HRMS method for the characterization and absolute quantification of CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 and 4F2 in the human small intestine. Our hypothesis suggests that CYP450 isoenzymes found along the small intestine can significantly affect the first-pass effect of certain drugs administered orally and thus influence their pharmacological and/or toxic effects. My participation in this project allowed to identify proteotypic peptides by in silico and in vitro digestion and to develop LC-HRMS methods allowing the absolute quantification of CYP450. This project is a first step in the characterization of the main CYP450 along the small intestine. This project will allow a better understanding of inter-individual variability in drug response associated with intestinal absorption of drugs, a better prediction of variability in drug bioavailability and to develop more complex pharmacokinetic models.