Drug Transporter: recent advances concerning BCRP and tyrosin kinase inhibitors

Es wurde beschrieben, dass mehrere TKIs mit Mitgliedern der ABC-Familie von Transportern wie BCRP, P-gp und MRP1 interagieren können (Hegedus et al, 2002; Shukla et al, 2007). Die meisten Studien konzentrierten sich auf die Wechselwirkung zwischen TKIs und BCRP, während für die Wechselwirkung von MRP1 oder anderen MRPs und diesen Arzneimitteln nur wenige Informationen verfügbar sind. Da jedoch mehrere kontroverse Ergebnisse zu diesem Thema veröffentlicht wurden, haben wir uns daran gemacht, einige neuere Daten zu analysieren und zu diskutieren und mögliche Interaktionen zwischen BCRP und TKIs weiter zu klären.

Canertinib

Canertinib (CI-1033) ist ein HER-Familien-TKI, von dem gezeigt wurde, dass es mit BCRP interagiert. (2001) zeigten, dass mit BCRP transfizierte MDA-MB-231-Zellen eine 4,9-fach geringere Akkumulation von Canertinib aufwiesen als mit leerem Vektor transfizierte Zellen, was darauf hindeutet, dass Canertinib ein Substrat für BCRP ist. Sowohl in BCRP-transfizierten Zellen als auch in unselektierten HCT8-Kolorektalkarzinom- und T98G-Glioblastomzellen mit endogener BCRP-Expression sensibilisierte Canertinib Zellen gegenüber SN-38 und Topotecan. Konsequent erhöhte Canertinib die zelluläre Akkumulation dieser Medikamente (Erlichman et al., 2001).

Imatinib

Imatinibmesylat ist ein TKI von BCR-ABL, Plättchen-abgeleitetem Wachstumsfaktor-Rezeptor und Stammzellfaktor/c-Kit. Widersprüchliche Ergebnisse wurden bezüglich der Fähigkeit von BCRP, diese Verbindung zu transportieren, veröffentlicht. In einer Studie führte die Überexpression von BCRP in Saos2-Zellen nicht zu einer Resistenz gegen Imatinib, und Akkumulation und Efflux dieses Arzneimittels wurden nicht durch BCRP-Expression und ATP-Depletion beeinflusst (Houghton et al., 2004), was darauf hindeutet, dass Imatinib kein Substrat von BCRP ist. Vielmehr kann Imatinib als potenter BCRP-Inhibitor dienen, wodurch die Umkehrung der BCRP-vermittelten Resistenz gegen Topotecan und SN-38 ermöglicht wird (Houghton et al., 2004). In ähnlicher Weise wurde die Akkumulation von Mitoxantron in primären CD34 + -Zellen der chronischen myeloischen Leukämie (CML), die BCRP überexprimierten, durch 5 μ M Imatinib signifikant erhöht, was die Aktivität dieses TKI als BCRP-Inhibitor bestätigt (Jordanides et al., 2006). Dieselben Autoren postulierten, dass Imatinib kein BCRP-Substrat ist, da die BCRP-Hemmung in CML-CD34 + -Zellen weder die Wirkung von Imatinib potenzierte noch die Imatinib-Akkumulation in diesen Zellen beeinflusste. (2004) zeigten, dass MCF7 / MR- und MCF7 / AdVp3000-Zellen mit Überexpression von BCRP im Vergleich zur elterlichen MCF7-Zelllinie eine signifikant geringere intrazelluläre Imatinib-Akkumulation aufwiesen. Auch HEK293-Zellen, die mit BCRP-Varianten transfiziert wurden, sowohl Wildtyp (Arg an Position 482, HEK293/R) als auch Mutanten (Gly oder Thr an Position 482, HEK293/G und HEK293/T), zeigten eine deutlich verminderte Imatinib-Akkumulation, die durch den BCRP-spezifischen Inhibitor Ko143 fast vollständig rückgängig gemacht werden konnte (Burger et al, 2004). Auch der spezifische BCRP-Inhibitor Fumitremorgin C (FTC) könnte die zwei- bis dreifache Resistenz gegen Imatinib von BCR-ABL-exprimierenden Zellen umkehren, die transduziert und ausgewählt wurden, um BCRP zu überexprimieren (K562 / BCRP-MX10) (Nakanishi et al, 2006). (2007) postulierten außerdem, dass Imatinib ein BCRP-Substrat ist, basierend auf den Beobachtungen, dass (a) BCRP-transduzierte K562-Zellen zwei- bis dreimal resistent gegen Imatinib-induzierte Apoptose waren und dass die Hemmung von BCRP mit FTC den resistenten Phänotyp vollständig aufhob, (b) Imatinib direkt mit BCRP an der Substratbindungsstelle interagiert und die BCRP-ATPase-Aktivität stimuliert, und schließlich (c) BCRP-transduzierte Zellen zeigten signifikant imatinib Akkumulation. Obwohl diese Studie starke Beweise für Imatinib als BCRP-Substrat liefert, kann sie auch darauf hinweisen, dass der Imatinib-Transport durch BCRP konzentrationsabhängig ist, da der Imatinib-Transport nur in geringen Konzentrationen erleichtert wurde (<1 μ M). (2007), die über einen engen Konzentrationsbereich berichteten, in dem BCRP TKIs und insbesondere Imatinib transportieren kann. Obwohl die Kontroverse bestehen bleiben kann, ob Imatinib ein BCRP-Substrat ist oder nicht, könnte diese Hypothese dazu beitragen, die widersprüchlichen Ergebnisse zu erklären, da in verschiedenen Literaturberichten unterschiedliche Konzentrationen des Arzneimittels verwendet wurden.

Andere Wechselwirkungen als ein mögliches Substrat oder Inhibitor scheinen zu existieren, da Imatinib selbst seine Resistenz durch Unterdrückung der BCRP-Expression abschwächen könnte (Nakanishi et al, 2006). Interessanterweise verringerte Imatinib jedoch die Expression von BCRP nur in K562 / BCRP-MX10-Zellen, die BCR-ABL exprimieren, nicht jedoch in Zellen ohne BCR-ABL-Expression. Der zugrunde liegende Mechanismus für diese differentiellen Reaktionen umfasste nachgeschaltete Effekte der Imatinib-Hemmung von BCR-ABL, was zu einer verminderten Phosphorylierung von Akt führte, was anschließend zu einer verringerten BCRP-Expression führte (Nakanishi et al., 2006). Diese Studie zeigte, dass ein aktiver PI3K–Akt-Signalweg zumindest teilweise für die Aufrechterhaltung der BCRP-Expression verantwortlich ist (Abbildung 1). Zusätzlich kann der PI3K–Akt-Signalweg die zelluläre Lokalisation dieses Transporters regulieren. (2003) zeigten, dass die Akt-Hemmung durch LY294002 eine Translokation von Bcrp1 von der Plasmamembran in das zytoplasmatische Kompartiment von Seitenpopulationszellen (SP) hervorrief.

Abbildung 1
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Interaktion zwischen TKIs und BCRP. Ein aktiver PI3K–Akt-Signalweg ist offenbar wichtig für die Expression und Lokalisierung von BCRP in der Plasmamembran. (A) Die Stimulation dieses Signalwegs mit EGF phosphoryliert beispielsweise Akt, was zu einer BCRP-Lokalisierung auf der Plasmamembran führt. (B) (I) BCRP kann TKIs aktiv effluxen und so eine Resistenz gegen diese Arzneimittel induzieren. Eine BCRP-vermittelte TKIs-Resistenz könnte jedoch durch eine TKIs–Hemmung des PI3K-Akt-Signalwegs aufgehoben werden, was zu (II) einer BCRP-Verlagerung in das intrazelluläre Kompartiment und / oder (III) einer verminderten BCRP-Expression führen kann.

Neuere Studien legen nahe, dass BCRP zusammen mit P-gp die Gehirnpenetration von Imatinib einschränken könnte, was die Idee verstärkt, dass dieses TKI ein BCRP-Substrat ist. Breedveld et al (2005) zeigten, dass Bcrp1-Knockout-Mäuse im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen eine signifikant erhöhte Imatinib-Gehirnpenetration und eine verringerte Imatinib-Clearance aufwiesen. Darüber hinaus haben sie gezeigt, dass die gleichzeitige Verabreichung von BCRP- und P-gp-Inhibitoren die Gehirnpenetration des Arzneimittels bei Wildtyp-Mäusen verbesserte. (2007) zeigten, dass die Blockade von P-gp und Bcrp1 die Gehirnpenetration von Imatinib und seinen Metaboliten signifikant erhöhte. Bemerkenswert ist jedoch, dass die Blutkonzentration und die Gehirnpenetration von Imatinib bei Bcrp1-Knockout- und Wildtyp-Mäusen unverändert blieben. Die Autoren postulierten, dass eine funktionelle P-gp-Aktivität in der Blut–Hirn-Schranke von Bcrp1-Knockout-Mäusen dominant für die Beibehaltung einer ähnlichen Gehirnaufnahme von Imatinib im Vergleich zu Wildtyp-Tieren verantwortlich sein könnte.

Nilotinib

Nilotinib ist ein neuartiges BCR-ABL-TKI, das wirksamer und selektiver als Imatinib ist. (2007) zeigten, dass BCRP-überexprimierende K562-Zellen zwei- bis dreimal resistent gegen Nilotinib waren; Dies wurde jedoch nur bei sehr niedrigen Konzentrationen (10 und 25 nM) beobachtet, was darauf hindeutet, dass eine Resistenz gegen Nilotinib bei klinisch relevanten Konzentrationen möglicherweise nicht auftritt. Ungeachtet dieser Tatsachen wurde die Vorstellung, dass Nilotinib ein Substrat für BCRP ist, durch Beobachtungen gestützt, dass es mit der BCRP-Substratbindungsstelle interagierte, die Atpaseaktivität dieses Transporters stimulierte und seine Akkumulation in BCRP-transduzierten Zellen signifikant unterdrückt wurde. Von weiterem Interesse schien Nilotinib ein stärkerer Inhibitor von BCRP zu sein als Imatinib.

Gefitinib

Widersprüchliche Daten wurden auch für den epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor (EGFR) TKI Gefitinib veröffentlicht, da einige Autoren es als BCRP-Substrat beschreiben, während andere es als Inhibitor und nicht als Substrat klassifizierten (Elkind et al, 2005; Nakamura et al, 2005). Höchstwahrscheinlich ist die offensichtliche Diskrepanz in diesen Ergebnissen auf die ausgewählten Konzentrationen von Gefitinib zurückzuführen, die in den verschiedenen Studien verwendet wurden. (2005) zeigten, dass niedrige Konzentrationen von Gefitinib (<1 μ M) die BCRP-ATPase-Aktivität in isolierten Membranen von BCRP-exprimierenden Säugetier-MCF-7 / MX- und A431-Zellen signifikant aktivierten, während höhere Konzentrationen (>1 μ M) eine deutlich geringere stimulierende Wirkung hatten. Folglich könnte dies den Mangel an Gefitinib-Transport in Vesikel von PC-6 / SN2-5H-Zellen erklären, da in dieser Studie eine Gefitinib-Konzentration von 30 μ M verwendet wurde (Nakamura et al, 2005). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Gefitinib, wie oben für Imatinib diskutiert, auch ein enges Fenster haben könnte, insbesondere in einem niedrigen Konzentrationsbereich, in dem sein aktiver Transport durch BCRP effizient ist. Da Gefitinib ein BCRP-Substrat ist, waren BCRP-transduzierte A431-Zellen im Vergleich zur elterlichen Zelllinie resistent gegen Gefitinib (Yanase et al., 2004; Elkind et al., 2005) und der resistente Phänotyp wurde durch den BCRP-spezifischen Inhibitor Ko143 umgekehrt (Elkind et al., 2005). Bemerkenswert ist, dass A431-Zellen im Einklang mit der EGFR-Amplifikation und der Abhängigkeit von EGFR-Signalen für das Überleben hochempfindlich gegenüber Gefitinib sind und IC50-Werte im nanomolaren Bereich aufweisen. Umgekehrt zeigten K562- und P388-Zellen, die mit BCRP transduziert wurden, keine Gefitinib-Resistenz (Yanase et al., 2004). Tatsächlich sind Wildtyp-K562- und P388-Zellen relativ resistent gegen Gefitinib, wobei IC50-Werte im Bereich von 1-10 μ M mit ihrem Mangel an inhärenter EGFR-Expression kompatibel sind. In Übereinstimmung damit haben wir kürzlich festgestellt, dass humane EGFR-exprimierende Caco-2-Kolonkarzinomzellen Gefitinib IC50-Werte im Bereich von 300-600 nM aufweisen; In diesen Zellen induzierte die BCRP-Überexpression eine Gefitinib-Resistenz (Lemos et al, 2006a). Im Gegensatz dazu zeigte MCF-7 / MR mit sehr niedriger EGFR-Expression IC50-Werte für Gefitinib im Bereich von 5-10 μ M, und in diesen Zellen war die BCRP-Überexpression keine Determinante der Gefitinib-Resistenz (Daten nicht gezeigt). Daher wurde die Hypothese aufgestellt, dass BCRP eine der Determinanten der Gefitinib-Resistenz in Zellen ist, die EGFR exprimieren und EGFR-abhängiges Wachstum zeigen (Yanase et al., 2004). (2005) haben gezeigt, dass die BCRP-Expression Zellen vor Gefitinib-vermittelter Hemmung der EGFR-Phosphorylierung und nachfolgender Apoptose schützt. Dies deutet darauf hin, dass BCRP die Wirkung von Gefitinib verhindert, indem es diese Verbindung aus der Zelle effluxiert, bevor sie mit Plasmamembran-assoziiertem EGFR interagieren kann. Ähnlich wie Canertinib und Imatinib ist Gefitinib auch ein BCRP-Inhibitor und kehrt die BCRP-vermittelte Arzneimittelresistenz sowohl in vitro als auch in vivo um (Yanase et al., 2004; Nakamura et al., 2005).

Erlotinib

Erlotinib ist ein weiteres EGFR-TKI, dessen Wechselwirkung mit BCRP in geringerem Maße untersucht wurde. Eine vorläufige Studie legt jedoch nahe, dass Erlotinib auch ein Substrat von BCRP ist (van Tellingen et al., 2007). Da sowohl Gefitinib als auch Erlotinib die Phosphorylierung von Akt stromabwärts der EGFR beeinflussen können, kann auch dieser Mechanismus beteiligt sein.

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