To gain insight into the function of peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) isoforms in rodents, we disrupted the ligand-binding domain of the alpha isoform of mouse PPAR (mPPAR alpha) by homologous recombination. Mice homozygous for the mutation lack expression of mPPAR alpha protein and yet are viable and fertile and exhibit no detectable gross phenotypic defects. Remarkably, these animals do not display the peroxisome proliferator pleiotropic response when challenged with the classical peroxisome proliferators, clofibrate and Wy-14,643. Following exposure to these chemicals, hepatomegaly, peroxisome proliferation, and transcriptional-activation of target genes were not observed. These results clearly demonstrate that mPPAR alpha is the major isoform required for mediating the pleiotropic response resulting from the actions of peroxisome proliferators. mPPAR alpha-deficient animals should prove useful to further investigate the role of this receptor in hepatocarcinogenesis, fatty acid metabolism, and cell cycle regulation.

ABCB1 (multidrug resistance 1 polypeptide, MDR1, Pgp) is a multispecific efflux transporter of drugs and xenobiotics. Among numerous polymorphisms in human ABCB1, the synonymous SNP 3435C > T has been associated with decreased mRNA and protein levels, via unknown mechanisms.To search for cis-acting polymorphism affecting transcription or mRNA processing, we used 3435C > T as a marker single nucleotide polymorphism (SNP), for measuring differences in allelic mRNA expression. Ratios of allelic abundance in genomic DNA and mRNA (after conversion to cDNA) were measured quantitatively with a primer extension assay, in human liver samples.mRNA expression of the 3435C allele was significantly higher than that of the 3435T allele (3435C/3435T ratios ranging from 1.06-1.61). Cotransfection of equal amounts of ABCB1 expression plasmids containing 3435C or 3435T also revealed higher 3435C mRNA expression. Increasing 3435C/3435T ratios after cessation of transcription indicated that the 3435C > T substitution decreases mRNA stability. 3435C > T is in strong linkage disequilibrium with two other coding SNPs (1236C > T and 2677G > T) forming two abundant haplotypes (ABCB1*1 and ABCB1*13). Transfection of all possible combinations of these three SNPs demonstrated that only 3435T is associated with lower mRNA levels. Calculations of mRNA folding, using Mfold, suggested an effect on mRNA secondary structure.the abundant 3435C > T SNP appears to be a main factor in allelic variation of ABCB1 mRNA expression in the liver, by changing mRNA stability.

Abstract —The cytochrome P450-derived epoxyeicosatrienoic acids (EETs) have potent effects on renal vascular reactivity and tubular sodium and water transport; however, the role of these eicosanoids in the pathogenesis of hypertension is controversial. The current study examined the hydrolysis of the EETs to the corresponding dihydroxyeicosatrienoic acids (DHETs) as a mechanism for regulation of EET activity and blood pressure. EET hydrolysis was increased 5- to 54-fold in renal cortical S9 fractions from the spontaneously hypertensive rat (SHR) relative to the normotensive Wistar-Kyoto (WKY) rat. This increase was most significant for the 14,15-EET regioisomer, and there was a clear preference for hydrolysis of 14,15-EET over the 8,9- and 11,12-EETs. Increased EET hydrolysis was consistent with increased expression of soluble epoxide hydrolase (sEH) in the SHR renal microsomes and cytosol relative to the WKY samples. The urinary excretion of 14,15-DHET was 2.6-fold higher in the SHR than in the WKY rat, confirming increased EET hydrolysis in the SHR in vivo. Blood pressure was decreased 22±4 mm Hg ( P <0.01) 6 hours after treatment of SHRs with the selective sEH inhibitor N , N ′-dicyclohexylurea; this treatment had no effect on blood pressure in the WKY rat. These studies identify sEH as a novel therapeutic target for control of blood pressure. The identification of a potent and selective inhibitor of EET hydrolysis will be invaluable in separating the vascular effects of the EET and DHET eicosanoids.

A number of drugs inhibit the metabolism of carbamazepine catalyzed by cytochrome P450, sometimes resulting in carbamazepine intoxication. However, there is little information available concerning the identity of the specific isoforms of P450 responsible for the metabolism of this drug. This study addressed the role of CYP3A4 in the formation of carbamazepine-10,11-epoxide, the major metabolite of carbamazepine. Results of the study showed that: (1) purified CYP3A4 catalyzed 10,11-epoxidation; (2) cDNA-expressed CYP3A4 catalyzed 10,11-epoxidation (Vmax = 1730 pmol/min/nmol P450, Km = 442 microM); (3) the rate of 10,11-epoxidation correlated with CYP3A4 content in microsomes from sixteen human livers (r2 = 0.57, P < 0.001); (4) triacetyloleandomycin and anti-CYP3A4 IgG reduced 10,11-epoxidation to 31 +/- 6% (sixteen livers) and 43 +/- 2% (four livers) of control rates, respectively; and (5) microsomal 10,11-epoxidation but not phenol formation was activated 2- to 3-fold by alpha-naphthoflavone and progesterone and by carbamazepine itself (substrate activation). These findings indicate that CYP3A4 is the principal catalyst of 10,11-epoxide formation in human liver. Experiments utilizing a panel of P450 isoform selective inhibitors also suggested a minor involvement of CYP2C8 in liver microsomal 10,11-epoxidation. Epoxidation by CYP2C8 was confirmed in incubations of carbamazepine with cDNA-expressed CYP2C8. The role of CYP3A4 in the major pathway of carbamazepine elimination is consistent with the number of inhibitory drug interactions associated with its clinical use, interactions that result from a perturbation of CYP3A4 catalytic activity.

Objectives There is increasing evidence that polymorphism of the ABCB1 (MDR1) gene contributes to interindividual variability in bioavailability and tissue distribution of P-glycoprotein substrates. The aim of the present study was to (1) identify and describe novel variants in the ABCB1 gene, (2) understand the extent of variation in ABCB1 at the population level, (3) analyze how variation in ABCB1 is structured in haplotypes, and (4) functionally characterize the effect of the most common amino acid change in P-glycoprotein. Methods and results Forty-eight variant sites, including 30 novel variants and 13 coding for amino acid changes, were identified in a collection of 247 ethnically diverse DNA samples. These variants comprised 64 statistically inferred haplotypes, 33 of which accounted for 92% of chromosomes analyzed. The two most common haplotypes, ABCB1*1 and ABCB1*13, differed at six sites (three intronic, two synonymous, and one non-synonymous) and were present in 36% of all chromosomes. Significant population substructure was detected at both the nucleotide and haplotype level. Linkage disequilibrium was significant across the entire ABCB1 gene, especially between the variant sites found in ABCB1*13, and recombination was inferred. The Ala893Ser change found in the common ABCB1*13 haplotype did not affect P-glycoprotein function. Conclusion This study represents a comprehensive analysis of ABCB1 nucleotide diversity and haplotype structure in different populations and illustrates the importance of haplotype considerations in characterizing the functional consequences of ABCB1 polymorphisms.

Hodges, Laura M.; Markova, Svetlana M.; Chinn, Leslie W.; Gow, Jason M.; Kroetz, Deanna L.; Klein, Teri E.; Altman, Russ B. Author Information

Abstract Objective Prior genomewide association studies have identified variation in MHC Class I alleles and CCR5 Δ 32 as genetic predictors of viral control, especially in “elite” controllers, individuals who remain virally suppressed in the absence of therapy. Design Cross-sectional genomewide association study. Methods We analyzed custom whole exome sequencing and direct HLA typing from 202 ART-suppressed HIV+ non-controllers in relation to four measures of the peripheral CD4+ T cell reservoir: HIV intact DNA, total (t)DNA, unspliced (us)RNA, and RNA/DNA. Linear mixed models were adjusted for potential covariates including age, sex, nadir CD4+ T cell count, pre-ART HIV RNA, timing of ART initiation, and duration of ART suppression. Results Previously reported “protective” host genetic mutations related to viral setpoint (e.g., among elite controllers) were found to predict smaller HIV reservoir size. The HLA “protective” B*57:01 was associated with significantly lower HIV usRNA (q=3.3×10 −3 ), and among the largest subgroup, European ancestry individuals, the CCR5 Δ 32 deletion was associated with smaller HIV tDNA (p=4.3×10 −3 ) and usRNA (p=8.7×10 −3 ). In addition, genomewide analysis identified several SNPs in MX1 (an interferon stimulated gene) that were significantly associated with HIV tDNA (q=0.02), and the direction of these associations paralleled MX1 gene eQTL expression. Conclusions We observed a significant association between previously reported “protective” MHC class I alleles and CCR5 Δ 32 with the HIV reservoir size in non-controllers. We also found a novel association between MX1 and HIV total DNA (in addition to other interferon signaling relevant genes, PPP1CB , DDX3X ). These findings warrant further investigation in future validation studies.

Abstract GI toxicity is a common dose-limiting adverse effect of platin chemotherapy treatment. Up to 50% of cancer survivors continue to experience symptoms of chronic constipation or diarrhea induced by their chemotherapy for many years after their treatment. This drug toxicity is largely attributed to damage to enteric neurons that innervate the GI tract and control GI motility. The mechanisms responsible for platin-induced enteric neurotoxicity and potential preventative strategies have remained unknown. Here, we use human pluripotent stem cell derived enteric neurons to establish a new model system capable of uncovering the mechanism of platin-induced enteric neuropathy. Utilizing this scalable system, we performed a high throughput screen and identified drug candidates and pathways involved in the disease. Our analyses revealed that excitotoxicity through muscarinic cholinergic signaling is a key driver of platin-induced enteric neuropathy. Using single nuclei transcriptomics and functional assays, we discovered that this disease mechanism leads to increased susceptibility of specific neuronal subtypes, including inhibitory nitrergic neurons, to platins. Histological assessment of the enteric nervous system in platin-treated patients confirmed the selective loss of nitrergic neurons. Finally, we demonstrated that pharmacological and genetic inhibition of muscarinic cholinergic signaling is sufficient to rescue enteric neurons from platin excitotoxicity in vitro and can prevent platin-induced constipation and degeneration of nitrergic neurons in mice. These studies define the mechanisms of platin-induced enteric neuropathy and serve as a framework for uncovering cell type-specific manifestations of cellular stress underlying numerous intractable peripheral neuropathies.

Abstract MRP4 is unique among the C family of ATP-binding cassette transporters for its role in translocating prostanoids, an important group of signaling molecules derived from unsaturated fatty acids. Using a reconstituted system, we report that a pair of prostaglandins (PGs) and the sulfonated-sterol DHEA-S preferentially enhance the ATPase activity of MRP4 over other previously proposed physiological substrates such as cyclic nucleotides or leukotrienes. We determined the cryo-EM structures of nanodisc embedded bovine MRP4 in (i) a nucleotide- and substrate-free state, (ii) in complex with PGE 1 , (iii) PGE 2 , and (iv) DHEA-S, and (v) a catalytically dead mutant E1202Q bound to ATP-Mg 2+ . The substrate-bound structures suggest unique features of the MRP4 binding site that distinguish its specificity for prostanoids from that of the related leukotriene transporter MRP1. The ATP-bound structure is in an outward-occluded conformation, revealing a novel state in the proposed alternate-access mechanism of MRP transport. Our study provides insights into the endogenous function of this versatile efflux transporter.

Abstract Chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN) is a dose-limiting adverse event associated with treatment with paclitaxel and other chemotherapeutic agents. The prevention and treatment of CIPN are limited by a lack of understanding of the molecular mechanisms underlying this toxicity. In the current study, a human induced pluripotent stem cell–derived sensory neuron (iPSC-SN) model was developed for the study of chemotherapy-induced neurotoxicity. The iPSC-SNs express proteins characteristic of nociceptor, mechanoreceptor and proprioceptor sensory neurons and show Ca 2+ influx in response to capsaicin, α,β-meATP and glutamate. iPSC-SNs are relatively resistant to the cytotoxic effects of paclitaxel, with IC 50 values of 38.1 μM (95% CI: 22.9 – 70.9 μM) for 48 hr exposure and 9.3 μM (95% CI: 5.7 – 16.5 μM) for 72 hr treatment. Paclitaxel causes dose- and time-dependent changes in neurite network complexity detected by βIII-tubulin staining and high content imaging. The IC 50 for paclitaxel reduction of neurite area was 1.4 μ M (95% CI: 0.3 - 16.9 μ M) for 48 hr exposure and 0.6 μ M (95% CI: 0.09 - 9.9 μ M) for 72 hr exposure. Decreased mitochondrial membrane potential, slower movement of mitochondria down the neurites and changes in glutamate-induced neuronal excitability were also observed with paclitaxel exposure. The iPSC-SNs were also sensitive to docetaxel, vincristine and bortezomib. Collectively, these data support the use of iPSC-SNs for detailed mechanistic investigations of genes and pathways implicated in chemotherapy-induced neurotoxicity and the identification of novel therapeutic approaches for its prevention and treatment.