Development of a cellular predictive model of inflammation associated idiosyncratic drug-induced hepatotoxicity and investigation of its underlying cellular and molecular mechanisms
Hépatotoxicité idiosyncrasique liée à un stress inflammatoire : modèle de prédiction et mécanismes cellulaires et moléculaires
Résumé
Idiosyncratic adverse drug reactions (IADRs) are considered as an important subset of ADRs, accounting for approximately 13% ofall acute liver failure cases and representing one of the leading causes for post-marketing drug withdrawal (Shaw et al. 2010). The lack of effective in vitro or in vivo models able to predict the hepatotoxic potential of idiosyncratic drugs before being approved formarketing on one hand, and the ambiguity of the mechanisms underlying their hepatic pathogenesis on the other hand render IADRs a perplexing human health problem (Shaw et al. 2010). Accordingly, the work presented in this thesis was based on three main objectives: 1) Development of a high throughput human-based cellular model for the prediction of inflammation associated idiosyncratic drug-induced hepatotoxicity; based on the synergistic exposure of HepG2 cells to potentially hepatotoxic drugs and proinflammatory mediators (LPS and TNF- ). 2) Elucidation of the hepatotoxic mechanisms underlying four known idiosyncratic drugs (trovafloxacin, nimesulide, telithromycin and nefazodone) with emphasis on oxidative stress, steatosis and cholestasis.3) Investigation of the molecular mechanisms underlying drug-inflammation synergistic induction of hepatocellular death Firstly, the results attained in this thesis demonstrated that the developed model is sensitive, specific and applicable to high throughputtoxicity screening of different categories of drugs. Secondly, our results demonstrated that the inflammation associated hepatotoxicpotentials of the four tested idiosyncratic drugs are mediated as follows: trovafloxacin exerts a cholestatic potential that involves thedown-regulation of both MDR1 and MRP2. Nimesulide promotes the intracellular accumulation of superoxide anions in addition topotently inhibiting MRP2. Telithromycin promotes hepatotoxicity predominately via a cholestatic mechanism that involves the downregulation of MDR1. Nefazodone favors the accumulation of superoxide anions in addition to its prominent steatotic potential and inhibitory effect on both MDR1 and MRP2. Although each of the idiosyncratic drugs exhibited a different mechanism of toxicity they all induced amplified hepatocellular death in presence of LPS and TNF- , which proved to be mediated via the intrinsic apoptotic pathway for trovafloxacin, the extrinsic for nefazodone and both apoptotic pathways for nimesulide and telithromycin. The amplified apoptotic potential of the four drugs proved to be based on the up-regulation of Bax and caspase 8 via an ERK½-dependent mechanism. These results indicate that the presented drug-inflammation model constitute an effective pre-clinical tool not only for the detection of inflammation-associated hepatotoxic drugs but also for the elucidation of their underlying mechanisms.
Les hépatopathies médicamenteuses survenant sur un mode idiosyncrasique représentent un obstacle majeur au développement de médicaments et sont à l’origine du retrait du marché de nombreux d’entre eux. Un des mécanismes mis en cause est lié à la survenue d’un épisode inflammatoire aigu qui, lors d’un traitement médicamenteux, sensibiliserait le foie pour les effets indésirables des médicaments, mettant en évidence leur toxicité idiosyncrasique. A l’heure actuelle, la détection précoce de médicaments potentiellement hépatotoxiques dans un contexte inflammatoire avant leur mise sur le marché, reste encore difficile et leurs mécanismes sous-jacents ne sont pas clairement élucidés. Dans ce contexte, notre travail s’articule sur 3 axes : 1) Développer un nouveau modèle cellulaire in vitro humain, adaptable au criblage à haut débit prédictif d'hépatotoxicité idiosyncrasique liée à un stress inflammatoire, basé sur l’exposition synergique des cellules HepG2 cultivées dans des conditions particulières exposées à des médicaments potentiellement idiosyncrasiques et des médiateurs pro-inflammatoires(LPS et TNF- ).2) Elucider les mécanismes sous jacents de la toxicité de 4 médicaments idiosyncrasiques connus (trovafloxacine, nimésulide, télithromycine et néfazodone), en mettant l'accent sur le stress oxydatif, la stéatose et la cholestase 3) Etudier les mécanismes moléculaires sous-jacents de la mort cellulaire observée lors d’une hépatotoxicité idiosyncrasique liée à un stress inflammatoire. Ainsi, nous avons développé un modèle cellulaire humain prédictif d’hépatotoxicité idiosyncrasique liée à un stress inflammatoire sensible, spécifique et applicable au criblage en haut débit d’un grand nombre de médicaments. Pour cela, nous avons étudié dans ce modèle, les effets toxiques de quatre médicaments testés et élucidé leurs mécanismes. La trovafloxacine exerce un effet cholestatique par diminution de l’expression et de l’activité de MDR1 et MRP2. Le nimésulide favorise l'accumulation intracellulaire de radicaux superoxydes en plus de son potentiel cholestatique par inhibition de l’activité MRP2. La télithromycine favorise une hépatotoxicité principalement via un mécanisme cholestatique impliquant l’inhibition de MDR1. La néfazodone favorise l'accumulation des radicaux superoxydes en plus de son potentiel stéatosique important et de son effet inhibiteur sur les deux transporteurs MDR1 et MRP2. Bien que chaque médicament idiosyncrasique testé présente un mécanisme de toxicité différent, ils ont tous entraîné une mort hépatocellulaire amplifiée en présence de LPS et TNF- , via la voie apoptotique intrinsèque pour la trovafloxacine, extrinsèque pour la néfazodone et les deux voies de l'apoptose pour le nimésulide et la télithromycine. Le potentiel apoptotique amplifié des quatre médicaments s'est avéré être médié par la surexpression de Bax et de caspase 8 via un mécanisme dépendant de ERK ½. Nos résultats indiquent que notre modèle peut être utilisé non seulement comme un outil préclinique pour l'identification de nouveaux médicaments qui pourraient être potentiellement hépatotoxiques lors d’un stress inflammatoire, mais aussi pour l'élucidation de leurs mécanismes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)