Study of the idiosyncratic toxicity of drugs in HepaRG and yeast : influence of inflammatory stress and biotransformation
Etude de la toxicité idiosyncratique de médicaments sur cellules HepaRG et levure : influence du stress inflammatoire et de la biotransformation
Résumé
In human, many drugs are toxic for only rare patients. Genetic and various other factors (daily doses, inflammatory stress, immune reaction, liver diseases) are thought to favor such idiosyncratic toxicity that is not predictable in animals. Its prediction and mechanisms involved are very challenging. In this work, we have investigated in vitro the influence of an inflammatory stress on cytotoxic, cholestatic and steatotic effects of 3 drugs which are known to cause idiosyncratic hepatotoxicity, i.e. diclofenac (DCF), trovafloxacin (TVX) and amiodarone (AMD), using as experimental models, metabolically competent differentiated HepaRG cells, and for comparison, undifferentiated HepaRG cells, HepG2 cells, primary human hepatocytes as well as a non hepatic eukaryotic cell, the yeast Saccharomyces cerevisiae. Our results show that differentiated HepaRG cells were less sensitive than their undifferentiated counterparts and that toxicity involved intrinsic apoptosis., associated with ROS generation and endoplasmic reticulum stress and was aggravated with TNF-α via extrinsic apoptosis.. DCF toxicity was augmented by co-treatment with TVX and further by co-addition of TNF-α. By contrast, this cytokine did not potentiate cholestatic effects of either drug, typified by dilatation of bile canaliculi and inhibition of some bile acids transporters (BSEP, NTCP). An inflammatory stress induced by the bacterial lipopolysaccharide aggravated cytotoxicity and steatosis induced by AMD, via ROS generation, fatty acid oxidation and triglycerides accumulation leading to a steatohepatitis-like state. Moreover, DCF toxicity was also augmented in S. cerevisiae containing mutations of transporters of phase III, such as Pdr5, and especially after co-treatment with N-acetyl cysteine, via a pathway that is probably dependent on alterations of di-sulfure bounds in critical proteins (transporters, signaling proteins, transcription factors). Together, all the results suggest that environmental factors, such as inflammatory stress or genetic factors can modulate the toxic response to drugs by inducing oxidative and endoplasmic reticulum stress as well as by modifying metabolism, drug-drug interactions and key signaling pathways.
Chez l’homme, de nombreux médicaments ne sont toxiques que chez un petit nombre de patients traités. Divers facteurs de susceptibilité, génétiques et autres (doses quotidiennes, stress inflammatoire, réaction immune, maladie hépatique,…), favoriseraient la survenue de ces toxicités de type idiosyncratique, non prévisibles par des études chez l’animal. Leur prédiction et la caractérisation des mécanismes impliqués représentent donc un challenge majeur. Dans ce travail, nous avons étudié in vitro l’influence d’un stress inflammatoire sur le potentiel cytotoxique, cholestatique et stéatosique de trois médicaments connus par leurs effets de type idiosyncratique au niveau du foie, le diclofenac (DCF), la trovafloxacine (TVX) et l’amiodarone (AMD) en utilisant comme modèles expérimentaux les cellules humaines HepaRG différenciées, métaboliquement compétentes, et pour comparaison les cellules HepaRG non différenciées, les cellules HepG2, les hépatocytes humains primaires ainsi qu’un autre modèle cellulaire eucaryote la levure Saccharomyces cerevisiae. Nos résultats montrent que les cellules HepaRG différenciées sont moins sensibles au DCF que les cellules métaboliquement non compétentes et que cette toxicité implique la voie intrinsèque de l’apoptose, associée à la génération de ROS et d’un stress du réticulum endoplasmique. Elle est aggravée par le TNF-α via la voie apoptotique extrinsèque. La toxicité de DCF est aussi augmentée lors d’un co-traitement avec TVX et encore plus en présence de TNF-α. En revanche, cette cytokine ne potentialise pas les effets cholestatiques des 2 molécules, caractérisés notamment par une dilatation des canalicules biliaires et une inhibition de l’activité de certains transporteurs d’acides biliaires (BSEP, NTCP). Un stress inflammatoire induit par le lipopolysaccharide bactérien aggrave aussi les effets cytotoxiques et stéatosiques de l’AMD via une production de ROS, une inhibition de l’oxydation des acides gras et une accumulation des triglycérides, aboutissant à un contexte de stéatohépatite. De plus, une aggravation de la toxicité de DCF a également été observée dans Saccharomyces cerevisiae portant une mutation au niveau de certains transporteurs de la phase III, tel que Pdr5, et surtout après co-traitement avec la N-acétyl-cystéine via une voie qui pourrait être dépendante des perturbations des ponts di-sulfure au niveau de certaines protéines clés (transporteurs, protéines de signalisation ou facteurs de transcription, ...). Au total, tous ces résultats suggèrent que des facteurs environnementaux tel qu’un stress inflammatoire, et génétiques peuvent moduler la réponse toxique à des médicaments non seulement en induisant des stress oxydants et du réticulum endoplasmique mais aussi en modifiant leur métabolisme et donc les interactions entre médicaments, et certaines voies de signalisation essentielles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)