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

Lors de la transmission sexuelle du VIH-1, un seul ou un nombre très limité de variants viraux sont transmis parmi ceux présents chez le donneur. Il est important de comprendre si le variant transmis est sélectionné aléatoirement parmi ceux présents chez le donneur ou s’il possède un avantage sélectif qui le prédispose à établir plus efficacement une nouvelle infection. Lors de nos différents travaux, nous avons pu observer chez quatre patients une évolution parallèle des propriétés génétiques, antigéniques et fonctionnelles de la glycoprotéine d’enveloppe au cours de l’infection. L’évolution de certaines propriétés est répercutée à l’échelle populationnelle. Néanmoins nous avons montré que malgré ces évolutions, les virus transmis au sein d’une même chaîne de transmission présentent des propriétés biologiques conservées. L’ensemble de nos résultats vont en faveur d’une sélection d’un variant viral avec des propriétés particulières lors de la transmission. De plus le variant transmis possède une région V3 particulièrement conservée associée à un tropisme CCR5, une sensibilité au Maraviroc et semble avoir besoin d’un taux élevé de CD4 à la surface de la cellule cible. / During HIV-1 sexual transmission, a single virus among the numerous viral variants present in the donor is transmitted most often. The key question is to understand if transmitted variants are randomly selected among variants from the donor or they have biological properties that predispose them to establish more efficiently a new infection. We observed a parallel evolution of genetic, antigenic and functional properties of the envelope glycoprotein in four patients during the infection. In addition, the evolution of some properties is also observed at the populational level. However, we showed that transmitted variants from a same transmission chain share similar biological properties. Together our results suggest that the transmission bottleneck is mainly non-stochastic and involves the selection viral variants harboring specific phenotypic properties. Despite transmitted variants have a conserved V3 region associated with a CCR5 tropism, sensitivity to Maraviroc and seem to require high level of CD4 to efficiently infect target cells.

Le syndrome des anticorps antiphospholipides (SAPL) est caractérisé par une atteinte auto-immune systémique à l’origine d’événements cliniques thrombotiques ou obstétricaux en présence d’anticorps antiphospholipides (aPL) persistants sur 2 prélèvements. Ce travail de thèse s’est intéressé à des manifestations cliniques et des tests biologiques dont le but est d’évaluer le risque thrombotique dans ce syndrome. En premier lieu, le risque de valvulopathie associé aux aPL chez les patients lupiques a été étudié. L’existence d’une telle association faisait l’objet d’une controverse non résolue. En ayant recours à une revue systématique de la littérature et à une méta-analyse d’études observationnelles, les fréquences des valvulopathies chez les patients lupiques en fonction de la présence ou non d’aPL ont été comparées. Le résultat principal est, qu’en présence d’aPL chez les patients lupiques, ce risque est multiplié par 3. En second lieu, la valeur pronostique sur le risque de thrombose des thromboses veineuses superficielles (TVS) a été étudiée chez les patients atteints d’un SAPL. Une étude de cohorte prospective monocentrique a montré que la présence d’un antécédent de TVS était prédictive du risque de thrombose ultérieure. D’autre part, l’apport de nouveaux marqueurs biologiques, les anticorps spécifiquement dirigés contre le domaine I de la [bêta]2-Glycoprotéine I ainsi que les paramètres de thrombinographie prenant en compte la sensibilité à la protéine C activée ont été étudiés. Les résultats montrent que ces 2 tests sont prédictifs du risque thrombotique incident. Enfin, les données de qualité de vie d’une cohorte multicentrique de patients atteints de lupus et/ou porteurs d’aPL, ont été analysées. Les résultats montrent que la présence d’un antécédent de thrombose artérielle était associée à une altération de toutes les dimensions de la qualité de vie évaluée par un auto-questionnaire généraliste (MOS-SF36) en comparaison à des patients atteints de maladie auto-immune sans ce type de thrombose. Ces résultats pourront avoir un impact significatif dans la réflexion sur l’évolution des critères de classification de ce syndrome / Antiphospholipid syndrome (APS) is characterized by an auto-immune disorder with thrombotic and obstetrical morbidity in the presence of persistant antiphospholipid antibodies (aPL). This work studied clinical manifestations and laboratory assays for the determination of thrombotic risk in APS patients. Firstly, the risk of heart valve disease associated with aPL in systemic lupus erythematosus (SLE) patients was studied. Since 20 years, data regarding this association yielded conflicting results. A systematic review and a meta-analysis were performed to compare frequencies of heart valve disease in SLE patients with and without aPL. Main result concluded that the presence of aPL in SLE patients is associated with a 3-fold increased risk for heart valve disease in comparison with SLE patients without these antibodies. Secondly, prognostic significance of superficial vein thrombosis (SVT) was studied in APS patients. A prospective cohort study was performed and showed that SVT was predictive of thrombotic events overtime in this population. Moreover, the contribution of new laboratory assays were studied (antibodies directed against the domain I of [beta]2-Glycoprotein I and thrombin generation assay assessing sensitivity to activated protein C). Results demonstrated that these two assays were predictive of thrombotic events in APS patients. Finally, health-related quality of life was assessed in a multicentric cohort study of patients with aPL and/or SLE. Results showed that the presence of a history of arterial thrombosis was significantly associated with an impairment of all dimensions scores assessed by the MOS-SF36 questionnaire in comparison with patients with an auto-immune disease but without arterial thrombosis. This work provides new insights in the field of APS and may have an impact in the evolution leading to new classification criteria for definite APS.

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 présence de la glycoprotéine P (P-gp) dans la barrière hémato-encéphalique (BHE) conduit à l’échec de nombreuses thérapies ciblant le système nerveux central (SNC). Cependant la P-gp protège aussi le cerveau contre des composés nocifs, essentiellement lipophiles, endogènes et exogènes susceptibles de passer la BHE par diffusion simple. Par conséquent, toute inhibition de la P-gp qui vise à améliorer la distribution des agents pharmacologiques dans le cerveau doit prendre en compte la neurotoxicité potentielle de cette inhibition. Les premiers travaux ont montré que l’elacridar et le tariquidar, deux modulateurs de la P-gp de troisième génération, augmentaient la distribution dans le cerveau de plusieurs de ses substrats. Malheureusement, d’autres études plus récentes, suggèrent l’utilisation de doses élevées de l’elacridar et du tariquidar pour moduler efficacement l’activité de la P-gp dans la BHE. Néanmoins, ces doses élevées en co-administration avec des substrats de la P-gp peuvent être associées à des interactions pharmacocinétiques et à des profils toxiques, limitant ainsi l'utilisation de ces inhibiteurs.Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est d’obtenir une modulation transitoire mais efficace de la P-gp dans la BHE par administration intraveineuse de doses faibles mais thérapeutiques de l’elacridar et du tariquidar sous leur forme libre ou co-encapsulé dans les liposomes. Le lopéramide, substrat de la P-gp, a été également administré sous sa forme libre comme une preuve in vivo d’une inhibition efficace de la P-gp dans la BHE.L'administration simultanée de ces deux modulateurs de la P-gp n’a pas modifié leurs concentrations plasmatiques ou celles du lopéramide, mais a entraîné une importante distribution du lopéramide dans le cerveau en raison de leur activité inhibitrice non- compétitive. De plus, la co-encapsulation de l’elacridar et du tariquidar dans des immunoliposomes stabilisées stériquement a amélioré la demi-vie et la distribution dans le cerveau des ceux deux composés. Par conséquent, la distribution dans le cerveau du lopéramide a été considérablement augmentée, sans aucune modification de sa pharmacocinétique ou distribution tissulaire. Par ailleurs, la diminution partielle de l'activité inhibitrice du tariquidar par des liposomes vides suggère l’utilisation de ce nanovecteur comme une approche de bio-détoxification pour le traitement des surdoses de tariquidar. En résumé, cette thèse propose différentes approches pour exploiter pleinement l’elacridar et le tariquidar. Les résultats décrits dans ce manuscrit devraient ouvrir des pistes intéressantes pour atteindre une inhibition efficace de la P-gp dans la BHE et pour réussir des thérapies ciblant le système nerveux central / Although the P-glycoprotein (P-gp) represents an obstacle in several central nervous system (CNS) pharmacotherapies, the P-gp also protects the brain from intoxication by endogenous and exogenous harmful lipophilic compounds that otherwise could penetrate the blood-brain barrier (BBB) by simple diffusion. Therefore, any modulation of the efflux transporter has to consider the potential neurotoxicity of such modulation. Early studies showed that elacridar and tariquidar, two third-generation P-gp modulators, increase the distribution of several P-gp substrates in the brain. Unfortunately, recent studies suggest the use of high doses of elacridar and tariquidar to efficiently modulate the P-gp at the BBB. Nevertheless, when co-administered with P-gp substrates, these high doses may be associated with pharmacokinetic interactions and toxic profiles, thus limiting the use of these compounds.Hence, this thesis aimed to attain a transient but efficient modulation of the P-gp at the BBB using elacridar and tariquidar but avoiding the use of large doses of these compounds. For this purpose we took advantage of the possible in vivo intravenous co-administration of low but therapeutic doses of elacridar and tariquidar, under their free form or co-encapsulated in liposomes. The brain distribution of free loperamide was determined as an in vivo probe of full inhibition of the P-gp activity at the BBB.The concurrent administration of both free P-gp modulators does not modify their plasma concentrations or those of the P-gp substrate but significantly increased the brain uptake of loperamide as a result of their non-competitive modulatory activity. Moreover, the co-encapsulation of elacridar and tariquidar in targeted sterically stabilized immunoliposomes improved the half-lives and brain distribution of both compounds. Consequently, the brain uptake of free loperamide was significantly enhanced without any modification of its pharmacokinetics or tissue distribution. Moreover, the partial impairment of the modulatory activity of tariquidar by empty liposomes, supports the use of this nanocarrier as a bio-detoxifying approach for the treatment of tariquidar overdoses.In summary, this thesis proposes different approaches for full exploitation of elacridar and tariquidar. The findings described in this manuscript should open interesting avenues to achieve an efficient overcoming of the P-gp at the BBB and succeed CNS pharmacotherapies.

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.

Lors de la primo-infection, la plupart des patients infectés par le VIH-1 développent des anticorps neutralisants autologues dirigés contre la glycoprotéine d’enveloppe virale. Ces anticorps exercent une pression de sélection conduisant à l’apparition de variants d’échappement. Nous avons montré que cette pression de sélection se répercute à l’échelle populationnelle, le VIH-1 en tant qu’espèce s’étant adapté au cours de l’épidémie à la réponse immunitaire de la population humaine en devenant de moins en moins sensible aux anticorps neutralisants. Cette adaptation du VIH‐1 a un impact sur les propriétés fonctionnelles de l’enveloppe. Nous avons ainsi observé une augmentation de l’infectivité associée à une augmentation de la cinétique d’entrée des virus qui circulent actuellement. Les virus contemporains montrent également une plus grande résistance à l’enfuvirtide, un inhibiteur de fusion, associée à une meilleure utilisation du co-récepteur CCR5 ainsi qu’une résistance accrue à l’inhibiteur du CD4 M48U1. L’ensemble de nos résultats est en faveur d’une adaptation progressive de l’espèce virale du VIH-1 à son hôte au cours de l’épidémie. / Most of HIV-1 infected patients develop autologous neutralizing antibodies against the viral envelope glycoprotein during primary infection. These antibodies exert a selective pressure that leads to the selection of escape variants. We showed that HIV-1 evolved at the population level towards an enhanced resistance to antibody neutralization over the course of the epidemic, subsequently to the selective pressure exerted by the individual autologous neutralizing antibodies responses. This antigenic drift has an impact on the functional properties of the viral envelope. We showed an increasing infectivity associated with an increasing entry kinetic of the most recently transmitted viruses. The contemporary viruses are also more resistant to the inhibitor of fusion enfuvirtide, related to a better use of the CCR5 co-receptor as well as a progressive increasing resistance to the CD4 inhibitor M48U1. Together our results are in favor of a progressive adaptation of HIV-1 species to humans over the course of the epidemic.

La présence de la glycoprotéine P (P-gp) dans la barrière hémato-encéphalique (BHE) conduit à l’échec de nombreuses thérapies ciblant le système nerveux central (SNC). Cependant la P-gp protège aussi le cerveau contre des composés nocifs, essentiellement lipophiles, endogènes et exogènes susceptibles de passer la BHE par diffusion simple. Par conséquent, toute inhibition de la P-gp qui vise à améliorer la distribution des agents pharmacologiques dans le cerveau doit prendre en compte la neurotoxicité potentielle de cette inhibition. Les premiers travaux ont montré que l’elacridar et le tariquidar, deux modulateurs de la P-gp de troisième génération, augmentaient la distribution dans le cerveau de plusieurs de ses substrats. Malheureusement, d’autres études plus récentes, suggèrent l’utilisation de doses élevées de l’elacridar et du tariquidar pour moduler efficacement l’activité de la P-gp dans la BHE. Néanmoins, ces doses élevées en co-administration avec des substrats de la P-gp peuvent être associées à des interactions pharmacocinétiques et à des profils toxiques, limitant ainsi l'utilisation de ces inhibiteurs.Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est d’obtenir une modulation transitoire mais efficace de la P-gp dans la BHE par administration intraveineuse de doses faibles mais thérapeutiques de l’elacridar et du tariquidar sous leur forme libre ou co-encapsulé dans les liposomes. Le lopéramide, substrat de la P-gp, a été également administré sous sa forme libre comme une preuve in vivo d’une inhibition efficace de la P-gp dans la BHE.L'administration simultanée de ces deux modulateurs de la P-gp n’a pas modifié leurs concentrations plasmatiques ou celles du lopéramide, mais a entraîné une importante distribution du lopéramide dans le cerveau en raison de leur activité inhibitrice non- compétitive. De plus, la co-encapsulation de l’elacridar et du tariquidar dans des immunoliposomes stabilisées stériquement a amélioré la demi-vie et la distribution dans le cerveau des ceux deux composés. Par conséquent, la distribution dans le cerveau du lopéramide a été considérablement augmentée, sans aucune modification de sa pharmacocinétique ou distribution tissulaire. Par ailleurs, la diminution partielle de l'activité inhibitrice du tariquidar par des liposomes vides suggère l’utilisation de ce nanovecteur comme une approche de bio-détoxification pour le traitement des surdoses de tariquidar. En résumé, cette thèse propose différentes approches pour exploiter pleinement l’elacridar et le tariquidar. Les résultats décrits dans ce manuscrit devraient ouvrir des pistes intéressantes pour atteindre une inhibition efficace de la P-gp dans la BHE et pour réussir des thérapies ciblant le système nerveux central / Although the P-glycoprotein (P-gp) represents an obstacle in several central nervous system (CNS) pharmacotherapies, the P-gp also protects the brain from intoxication by endogenous and exogenous harmful lipophilic compounds that otherwise could penetrate the blood-brain barrier (BBB) by simple diffusion. Therefore, any modulation of the efflux transporter has to consider the potential neurotoxicity of such modulation. Early studies showed that elacridar and tariquidar, two third-generation P-gp modulators, increase the distribution of several P-gp substrates in the brain. Unfortunately, recent studies suggest the use of high doses of elacridar and tariquidar to efficiently modulate the P-gp at the BBB. Nevertheless, when co-administered with P-gp substrates, these high doses may be associated with pharmacokinetic interactions and toxic profiles, thus limiting the use of these compounds.Hence, this thesis aimed to attain a transient but efficient modulation of the P-gp at the BBB using elacridar and tariquidar but avoiding the use of large doses of these compounds. For this purpose we took advantage of the possible in vivo intravenous co-administration of low but therapeutic doses of elacridar and tariquidar, under their free form or co-encapsulated in liposomes. The brain distribution of free loperamide was determined as an in vivo probe of full inhibition of the P-gp activity at the BBB.The concurrent administration of both free P-gp modulators does not modify their plasma concentrations or those of the P-gp substrate but significantly increased the brain uptake of loperamide as a result of their non-competitive modulatory activity. Moreover, the co-encapsulation of elacridar and tariquidar in targeted sterically stabilized immunoliposomes improved the half-lives and brain distribution of both compounds. Consequently, the brain uptake of free loperamide was significantly enhanced without any modification of its pharmacokinetics or tissue distribution. Moreover, the partial impairment of the modulatory activity of tariquidar by empty liposomes, supports the use of this nanocarrier as a bio-detoxifying approach for the treatment of tariquidar overdoses.In summary, this thesis proposes different approaches for full exploitation of elacridar and tariquidar. The findings described in this manuscript should open interesting avenues to achieve an efficient overcoming of the P-gp at the BBB and succeed CNS pharmacotherapies.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.