Impact of membrane transporters polymorphisms on nucleoside-derived drug bioavailability and action = Impacte dels polimorfismes en transportadors de membrana en la biodisponibilitat i acció de fàrmacs anàlegs de nucleòsids

Abstract

Nucleoside-derived drugs are used for the treatment of haematological malignancies, viral infections and autoimmune or inflammatory diseases. These drugs require membrane transporters to be internalised and be active. Transporters implicated in nucleoside and nucleoside derivatives internalisation are concentrative nucleoside transporters (CNTs) encoded by SLC28 and equilibrative nucleoside transporters (ENTs) encoded by SLC29. Other transporters such as organic cation transporters (OCTs) encoded by SLC22 have been implicated in the transport of some antiviral nucleoside derivatives, too. Nucleoside transporters as well as hOCT1 have been detected in immune cells, as well as in polarised epithelia where they are asymmetrically distributed mediating a net flux of the natural nucleoside or the derivative.

Membrane transporters can present polymorphic variants which can alter its ability to interact with the substrate. Of all studied transporters, hOCT1 is the most polymorphic, being its polymorphic variants implicated in pharmacokinetics and pharmacodynamics of some drugs used in clinics such as metformine among others.

In this thesis we show the importance polymorphic variants of hOCT1 have not only in lamivudine uptake but also in drug-drug interactions with other drugs co-administrated with lamivudine. Infected PBMCs showed an up-regulation of hOCT1 expression which would made it a better lamivudine target. We also discard the possibility that polymorphisms located at the extracellular loop might affect oligomerization.

hOCT1 has been also identified as a bendamustine transporter and hOCT1 polymorphic variants modulated bendamustine sensitivity. Bendamustine sensitivity in CLL cells ex vivo can partially be explained by the hOCT1 polymorphic variants they are carrying.

In case of DNMT inhibitors, nucleoside transporters are responsible for zebularine internalisation but not decitabine and mediate a apical-basolateral flux in polarised epithelia.

hOCT1 can mediate zebularine efflux which is impaired by the presence of polymorphic variants.

In this case polymorphic variants would confer sensitivity to zebularine treatment. In order to better understand the transporter-substrates interaction a hCNT3 model has been generated based on the recent crystallised V.cholerae nucleoside transporter. This model has been preliminary proved experimentally showing, so far, to be a good model.

In summary, this thesis highlights the importance drug transporters and their polymorphic variants play in drug bioavailability and action

Los fármacos derivados de nucleósidos son ampliamente utilizados en el tratamiento de enfermedades hematológicas, infecciones virales y enfermedades autoinmunes o inflamatorias. Estos fármacos necesitan de transportadores para ser internalizados en la célula y así, ser activos. Los transportadores implicados en la internalización de los nucleósidos y sus derivados son: los transportadores de nucleósidos concentrativos (CNTs) codificados por SLC28 y, los transportadores de nucleósidos equilibrativos (ENTs) codificados por SLC29. Otros transportadores, como los transportadores de cationes orgánicos (OCTs) codificados por SLC22, están implicados también en el transporte de algunos análogos usados en el tratamiento del SIDA. Los transportadores de nucleósdios y hOCT1 han sido detectados en células de sistema inmune, así como también, en epitelio polarizado donde se encuentran distribuidos asimétricamente mediando un flujo neto de nucleósidos y de sus derivados. Los transportadores de membrana pueden presentar polimorfismos alterando su habilidad de interacción con el sustrato. De todos los transportadores estudiados, hOCT1 es el más polimórfico, estando relacionadas sus variantes con la farmacocinética y farmacodinámica de algunos fármacos, como la metformina.

En esta tesis mostramos la importancia que tienen estas variantes polimórficas, no solamente en la internalización de lamivudina, sino también en las interacciones de ésta con otros fármacos co-administrados. La infección de PBMCs con VIH mostró un aumento en la expresión de hOCT1, convirtiéndolos en mejor diana. Se descartó también la posibilidad de que los polimorfismos localizados en el loop extracelular, pudieran afectar la oligomerización del transportador.

hOCT1 se ha identificado también como transportador de bendamustina, observándose a su vez, que sus variantes polimórficas modificaban la sensibilidad al fármaco. La sensibilidad de células de CLL ex vivo puede ser debida, en parte, a las variantes polimórficas que presentan.

En el caso de los inhibidores de la ADN metiltransferasa (DNMT), observamos que los transportadores de nucleósidos son los responsables de la captación de zebularina pero no de decitabina, mediando un flujo de esta apical-basolateral en un modelo de epitelio polarizado. hOCT1 es capaz de mediar la extrusión de zebularina, en cambio, no lo son las variantes polimórficas estudiadas. Estos resultados estarían indicando que los polimorfismos serían responsables de la sensibilidad al tratamiento con zebularina.

Para poder entender mejor la interacción transportador-sustrato, se generó un modelo preliminar de hCNT3 basado en el cristal de CNT de V. cholerae.

En resumen, esta tesis muestra la importancia que tienen los transportadores y sus variantes polimórficas, en la biodisponibilidad y acción de los fármacos.