L’inhibition des cytochromes P450 dans les cas d’insuffisance rénale chronique : rôle de l’hormone parathyroïdienne

Abstract

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une réduction du métabolisme de plusieurs médicaments, due à une diminution du cytochrome P450 (CYP450) hépatique. Nos études précédentes ont montré que l’IRC affecte l’activité in vivo et in vitro, de même que l’expression protéique et génique des différents isoformes du CYP450, via la présence du sérum urémique et de l’hormone parathyroïdienne (PTH).

Ce projet de doctorat se divise en quatre parties.

Premièrement, nous avons développé une méthode d’analyse de l’activité du CYP450, à l’aide de la production du 3-hydroxy-5,5-dimethyl-4-[4-(methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFH) à partir du 3-[(3,4-difluorobenzyl)oxy]-5,5-dimethyl-4-[4-methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFB). Cette méthode nous a permis de mieux quantifier l’activité dans les études subséquentes.

Deuxièmement, l’activité du CYP450 3A est diminuée chez les patients atteints d’IRC. De plus, il a déjà été démontré que des toxines urémiques dialysables seraient impliquées puisque l’hémodialyse prévient cette inhibition du CYP450. Par contre, le mécanisme expliquant l’amélioration transitoire la composition du sérum de patients atteints d’IRC par l’hémodialyse n’est pas connu. L’objectif du projet est d’évaluer l’effet de l’hémodialyse sur l’expression protéique et génique, de même que sur l’activité du CYP450 3A2 dans un modèle d’hépatocytes de rat en culture.

Troisièmement, la déficience en calcidiol est fréquente dans les cas d’IRC et l’étiologie est peu connue. Nous avons récemment montré que l’IRC est associée à une diminution du métabolisme des médicaments par le foie suite à une réduction des différents isoformes du CYP450 en partie médiée par l’hormone parathyroïdienne (PTH). La 25-hydroxylation de la vitamine D, au niveau du foie, permet la formation du calcidiol par différents isoformes du CYP450 (CYP2C11, 27A1, 2R1, 3A2 et 2J3) et pourrait être ainsi altérée en présence d’IRC. Les objectifs de cette étude sont de a) confirmer la diminution de synthèse de calcidiol en présence d’IRC et b) évaluer le rôle de la PTH dans la déficience en calcidiol.

Finalement, afin de mieux comprendre les inhibitions du CYP450, nous avons étudié les voies de signalisation impliquées dans la régulation du CYP450 en présence d’IRC et avec la PTH puisque les mécanismes d’action demeurent imprécis. La contribution des facteurs de transcription et des récepteurs nucléaires suivants est étudiée ; le récepteur pregnane X (PXR), le récepteur constitutif androstane (CAR) et le facteur nucléaire kappa B (NF-κB), puisqu’ils sont potentiellement activés par le récepteur de la PTH et ces molécules ont été précédemment impliqués dans la régulation du CYP450.

Les résultats obtenus montrent que l’hémodialyse des patients atteints d’IRC améliore transitoirement l’expression du CYP450 lorsque des hépatocytes sont mis en culture avec du sérum provenant de ces patients. Aussi, la 25-hydroxylation de la vitamine D est affectée par l’IRC. Les voies de signalisation du NF-κB et les facteurs nucléaires PXR et CAR sont impliqués dans l’inhibition du CYP450.

En conclusion, l’IRC affecte, non seulement le métabolisme des médicaments mais aussi l’hydroxylation de la vitamine D, un des rôles endogènes effectués par le CYP450. Ces études nous permettent de mieux comprendre les effets de l’IRC afin de mieux cibler les traitements de choix pour les patients qui en sont atteints.

Chronic renal failure (CRF) is associated with a decrease in drug metabolism, due to a down-regulation of hepatic cytochrome P450 (CYP450). Previous studies indicated that CRF modifies activity, protein and mRNA expression of different CYP450 isoforms in vivo and in vitro via circulating mediators and parathyroid hormone (PTH). This PhD project is divided in four parts. First, we have developed an assay in order to measure the CYP3A’s activity, using the production of 3-[(3,4-difluorobenzyl)oxy]-5,5-dimethyl-4-[4-methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFB). This method will be used in the next studies. Secondly, CYP450 activity and expression are decreased in patients with end-stage renal disease (ESRD). It has been shown that dialyzable uremic toxins could be implicated in these decreases. Recent studies indicated that hemodialysis can prevent the inhibition of P450 although the mechanism remains to be defined. The aim of this study was to evaluate the effect of hemodialysis on P450 expression and activity using a rat hepatocytes culture model. Thirdly, calcidiol insufficiency is highly prevalent in CRF and the pathophysiology of this phenomenon is poorly understood. Recently, we have demonstrated that CRF is associated with a decrease in hepatic drug metabolism due to a reduction in liver CYP450, which is in part mediated by PTH. The formation of calcidiol, through hepatic 25-hydroxylation, is also mediated by several CYP450 isoforms (CYP2C11, 27A1, 2R1, 3A2 and 2J3) and could thus be altered in CRF. The objectives of the present study in rats presenting a CRF were a) to confirm the role of CRF on calcidiol levels and b) to evaluate the role of PTH in calcidiol apparent deficiency. Finally, in order to understand all the CYP450 inhibitions, we evaluated the mechanisms of action of CYP450. CRF and PTH cause an inhibition of CYP450 although the mechanisms remain to be defined. The aim of this study was to evaluate the contribution of different nuclear receptors or transcription factors like; pregnane X receptor (PXR), constitutive androstane receptor (CAR) and nuclear factor kappa B (NF-κB). The results obtained show that the hemodialysis of CRF patients improves the CYP450’s expression in the cultured hepatocytes, with the serum from these patients. Also, the vitamin D 25-hydroxylation is affected by CRF. The activation of NF-κB and nuclear factors PXR and CAR are implicated in the CYP450’s inhibition. In conclusion, CRF affects not only drug metabolism but also vitamin D hydroxylation, one of the endogenous roles performed by CYP450. This study will enable us to understand the effect of CRFon CYP450 regulation in order to improve the treatment of CRF patients.