Synonymous single-nucleotide polymorphisms (SNPs) do not produce altered coding sequences, and therefore they are not expected to change the function of the protein in which they occur. We report that a synonymous SNP in the Multidrug Resistance 1 ( MDR 1) gene, part of a haplotype previously linked to altered function of the MDR 1 gene product P-glycoprotein (P-gp), nonetheless results in P-gp with altered drug and inhibitor interactions. Similar mRNA and protein levels, but altered conformations, were found for wild-type and polymorphic P-gp. We hypothesize that the presence of a rare codon, marked by the synonymous polymorphism, affects the timing of cotranslational folding and insertion of P-gp into the membrane, thereby altering the structure of substrate and inhibitor interaction sites.

Whether cancer stem cells occur in BRCA1-associated breast cancer and contribute to therapeutic response is not known. We generated and characterized 16 cell lines from five distinct Brca1deficient mouse mammary tumors with respect to their cancer stem cell characteristics. All cell lines derived from one tumor included increased numbers of CD44+/CD24- cells, which were previously identified as human breast cancer stem cells. All cell lines derived from another mammary tumor exhibited low levels of CD44+/CD24- cells, but they harbored 2% to 5.9% CD133+ cells, which were previously associated with cancer stem cells in other human and murine tumors. When plated in the absence of attachment without presorting, only those cell lines that were enriched in either stem cell marker formed spheroids, which were further enriched in cells expressing the respective cancer stem cell marker. In contrast, cells sorted for CD44+/CD24- or CD133+ markers lost their stem cell phenotype when cultured in monolayers. As few as 50 to 100 CD44+/CD24- or CD133+ sorted cells rapidly formed tumors in nonobese diabetic/severe combined immunodeficient mice, whereas 50-fold to 100-fold higher numbers of parental or stem cell depleted cells were required to form few, slow-growing tumors. Expression of stem cell associated genes, including Oct4, Notch1, Aldh1, Fgfr1, and Sox1, was increased in CD44+/CD24- and CD133+ cells. In addition, cells sorted for cancer stem cell markers and spheroid-forming cells were significantly more resistant to DNA-damaging drugs than were parental or stem cell depleted populations, and they were sensitized to the drugs by the heat shock protein-90 inhibitor 17-DMAG (17-dimethylaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin hydrochloride). Brca1-deficient mouse mammary tumors harbor heterogeneous cancer stem cell populations, and CD44+/CD24- cells represent a population that correlates with human breast cancer stem cells.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTReconstitution of functional water channels in liposomes containing purified red cell CHIP28 proteinMark L. Zeidel, Suresh V. Ambudkar, Barbara L. Smith, and Peter AgreCite this: Biochemistry 1992, 31, 33, 7436–7440Publication Date (Print):August 25, 1992Publication History Published online1 May 2002Published inissue 25 August 1992https://doi.org/10.1021/bi00148a002RIGHTS & PERMISSIONSArticle Views1872Altmetric-Citations457LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InReddit PDF (952 KB) Get e-Alerts Get e-Alerts

The FDA approved HIV-1 protease inhibitors, ritonavir, saquinavir, and indinavir, are very effective in inhibiting HIV-1 replication, but their long-term efficacy is unknown. Since in vivo efficacy depends on access of these drugs to intracellular sites where HIV-1 replicates, we determined whether these protease inhibitors are recognized by the MDR1 multidrug transporter (P-glycoprotein, or P-gp), thereby reducing their intracellular accumulation. In vitro studies in isolated membrane preparations from insect cells infected with MDR1-expressing recombinant baculovirus showed that these inhibitors significantly stimulated P-gp-specific ATPase activity and that this stimulation was inhibited by SDZ PSC 833, a potent inhibitor of P-gp. Furthermore, photoaffinity labeling of P-gp with the substrate analogue [125I]iodoarylazidoprazosin (IAAP) was inhibited by all three inhibitors. Cell-based approaches to evaluate the ability of these protease inhibitors to compete for transport of known P-gp substrates showed that all three HIV-1 protease inhibitors were capable of inhibiting the transport of some of the known P-gp substrates but their effects were generally weaker than other documented P-gp modulators such as verapamil or cyclosporin A. Inhibition of HIV-1 replication by all three protease inhibitors was reduced but could be restored by MDR1 inhibitors in cells expressing MDR1. These results indicate that the HIV-1 protease inhibitors are substrates of the human multidrug transporter, suggesting that cells in patients that express the MDR1 transporter will be relatively resistant to the anti-viral effects of the HIV-1 protease inhibitors, and that absorption, excretion, and distribution of these inhibitors in the body may be affected by the multidrug transporter.

Although in vitro models have been a cornerstone of anti-cancer drug development, their direct applicability to clinical cancer research has been uncertain. Using a state-of-the-art Taqman-based quantitative RT-PCR assay, we investigated the multidrug resistance (MDR) transcriptome of six cancer types, in established cancer cell lines (grown in monolayer, 3D scaffold, or in xenograft) and clinical samples, either containing >75% tumor cells or microdissected. The MDR transcriptome was determined a priori based on an extensive curation of the literature published during the last three decades, which led to the enumeration of 380 genes. No correlation was found between clinical samples and established cancer cell lines. As expected, we found up-regulation of genes that would facilitate survival across all cultured cancer cell lines evaluated. More troubling, however, were data showing that all of the cell lines, grown either in vitro or in vivo, bear more resemblance to each other, regardless of the tissue of origin, than to the clinical samples they are supposed to model. Although cultured cells can be used to study many aspects of cancer biology and response of cells to drugs, this study emphasizes the necessity for new in vitro cancer models and the use of primary tumor models in which gene expression can be manipulated and small molecules tested in a setting that more closely mimics the in vivo cancer microenvironment so as to avoid radical changes in gene expression profiles brought on by extended periods of cell culture.

Obesity and its metabolic consequences are a major public health concern worldwide. Obesity is associated with overactivity of the endocannabinoid system, which is involved in the regulation of appetite, lipogenesis, and insulin resistance. Cannabinoid-1 receptor (CB1R) antagonists reduce body weight and improve cardiometabolic abnormalities in experimental and human obesity, but their therapeutic potential is limited by neuropsychiatric side effects. Here we have demonstrated that a CB1R neutral antagonist largely restricted to the periphery does not affect behavioral responses mediated by CB1R in the brains of mice with genetic or diet-induced obesity, but it does cause weight-independent improvements in glucose homeostasis, fatty liver, and plasma lipid profile. These effects were due to blockade of CB1R in peripheral tissues, including the liver, as verified through the use of CB1R-deficient mice with or without transgenic expression of CB1R in the liver. These results suggest that targeting peripheral CB1R has therapeutic potential for alleviating cardiometabolic risk in obese patients.

Multidrug-resistant human tumor cells overexpress the MDR1 gene product P-glycoprotein, which is believed to function as an ATP-dependent efflux pump. In this study we demonstrate that the partially purified P-glycoprotein, when reconstituted in an artificial membrane, catalyzes drug-stimulated ATP hydrolysis. Plasma membrane proteins of a human multidrug-resistant cell line, KB-V1, were solubilized with 1.4% (wt/vol) octyl beta-D-glucopyranoside in the presence of 0.4% phospholipid and 20% (vol/vol) glycerol, and the crude detergent extract was chromatographed on DEAE-Sepharose CL-6B. The 0.1 M NaCl fraction, enriched in P-glycoprotein but devoid of Na,K-ATPase, was reconstituted by the detergent-dilution method. P-glycoprotein constituted 25-30% of the reconstituted protein in proteoliposomes. ATP hydrolysis by proteoliposomes was stimulated 3.5-fold by the addition of vinblastine but was unaffected by the hydrophobic antitumor agent camptothecin, which is not transported by P-glycoprotein. The stimulatory effect of vinblastine was observed only if the protein was reconstituted in proteoliposomes, suggesting that either the substrate binding site(s) was masked by detergent or that the conformation of the soluble P-glycoprotein might not be suitable for substrate-induced activation. Several other drugs that are known to be transported by P-glycoprotein enhanced the ATPase activity in a dose-dependent manner with relative potencies as follows: doxorubicin = vinblastine greater than daunomycin greater than actinomycin D greater than verapamil greater than colchicine. The basal and vinblastine-stimulated ATPase activities were inhibited by vanadate (50% inhibition observed at 7-10 microM) but were not affected by agents that inhibit other ATPases and phosphatases. These data indicate that the P-glycoprotein, similar to other ion-transporting ATPases, exhibits a high level of ATP hydrolysis (5-12 mumol per min per mg of protein).

Abstract Lapatinib is active at the ATP-binding site of tyrosine kinases that are associated with the human epidermal growth factor receptor (Her-1 or ErbB1) and Her-2. It is conceivable that lapatinib may inhibit the function of ATP-binding cassette (ABC) transporters by binding to their ATP-binding sites. The aim of this study was to investigate the ability of lapatinib to reverse tumor multidrug resistance (MDR) due to overexpression of ABC subfamily B member 1 (ABCB1) and ABC subfamily G member 2 (ABCG2) transporters. Our results showed that lapatinib significantly enhanced the sensitivity to ABCB1 or ABCG2 substrates in cells expressing these transporters, although a small synergetic effect was observed in combining lapatinib and conventional chemotherapeutic agents in parental sensitive MCF-7 or S1 cells. Lapatinib alone, however, did not significantly alter the sensitivity of non-ABCB1 or non-ABCG2 substrates in sensitive and resistant cells. Additionally, lapatinib significantly increased the accumulation of doxorubicin or mitoxantrone in ABCB1- or ABCG2-overexpressing cells and inhibited the transport of methotrexate and E217βG by ABCG2. Furthermore, lapatinib stimulated the ATPase activity of both ABCB1 and ABCG2 and inhibited the photolabeling of ABCB1 or ABCG2 with [125I]iodoarylazidoprazosin in a concentration-dependent manner. However, lapatinib did not affect the expression of these transporters at mRNA or protein levels. Importantly, lapatinib also strongly enhanced the effect of paclitaxel on the inhibition of growth of the ABCB1-overexpressing KBv200 cell xenografts in nude mice. Overall, we conclude that lapatinib reverses ABCB1- and ABCG2-mediated MDR by directly inhibiting their transport function. These findings may be useful for cancer combinational therapy with lapatinib in the clinic. [Cancer Res 2008;68(19):7905–14]

Abstract Apatinib, a small-molecule multitargeted tyrosine kinase inhibitor, is in phase III clinical trial for the treatment of patients with non–small-cell lung cancer and gastric cancer in China. In this study, we determined the effect of apatinib on the interaction of specific antineoplastic compounds with P-glycoprotein (ABCB1), multidrug resistance protein 1 (MRP1, ABCC1), and breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2). Our results showed that apatinib significantly enhanced the cytotoxicity of ABCB1 or ABCG2 substrate drugs in KBv200, MCF-7/adr, and HEK293/ABCB1 cells overexpressing ABCB1 and in S1-M1-80, MCF-7/FLV1000, and HEK293/ABCG2-R2 cells overexpressing ABCG2 (wild-type). In contrast, apatinib did not alter the cytotoxicity of specific substrates in the parental cells and cells overexpressing ABCC1. Apatinib significantly increased the intracellular accumulation of rhodamine 123 and doxorubicin in the multidrug resistance (MDR) cells. Furthermore, apatinib significantly inhibited the photoaffinity labeling of both ABCB1 and ABCG2 with [125I]iodoarylazidoprazosin in a concentration-dependent manner. The ATPase activity of both ABCB1 and ABCG2 was significantly increased by apatinib. However, apatinib, at a concentration that produced a reversal of MDR, did not significantly alter the ABCB1 or ABCG2 protein or mRNA expression levels or the phosphorylation of AKT and extracellular signal–regulated kinase 1/2 (ERK1/2). Importantly, apatinib significantly enhanced the effect of paclitaxel against the ABCB1-resistant KBv200 cancer cell xenografts in nude mice. In conclusion, apatinib reverses ABCB1- and ABCG2-mediated MDR by inhibiting their transport function, but not by blocking the AKT or ERK1/2 pathway or downregulating ABCB1 or ABCG2 expression. Apatinib may be useful in circumventing MDR to other conventional antineoplastic drugs. Cancer Res; 70(20); 7981–91. ©2010 AACR.

It has been reported that gefitinib, an epidermal growth factor receptor (EGFR) tyrosine kinase inhibitor (TKI), has the ability to modulate the function of certain ATP-binding cassette (ABC) transporters and to reverse ABC subfamily B member 1 (ABCB1; P-glycoprotein)- and ABC subfamily G member 2 (ABCG2; breast cancer resistance protein/mitoxantrone resistance protein)-mediated multidrug resistance (MDR) in cancer cells. However, it is unknown whether other EGFR TKIs have effects similar to that of gefitinib. In the present study, we have investigated the interaction of another EGFR TKI, erlotinib, with selected ABC drug transporters. Our findings show that erlotinib significantly potentiated the sensitivity of established ABCB1 or ABCG2 substrates and increased the accumulation of paclitaxel or mitoxantrone in ABCB1- or ABCG2-overexpressing cells. Furthermore, erlotinib did not significantly alter the sensitivity of non-ABCB1 or non-ABCG2 substrates in all cells and was unable to reverse MRP1-mediated MDR and had no effect on the parental cells. However, erlotinib remarkably inhibited the transport of E(2)17 beta G and methotrexate by ABCG2. In addition, the results of ATPase assays show that erlotinib stimulated the ATPase activity of both ABCB1 and ABCG2. Interestingly, erlotinib slightly inhibited the photolabeling of ABCB1 with [(125)I]iodoarylazidoprazosin (IAAP) at high concentration, but it did not inhibit the photolabeling of ABCG2 with IAAP. Overall, we conclude that erlotinib reverses ABCB1- and ABCG2-mediated MDR in cancer cells through direct inhibition of the drug efflux function of ABCB1 and ABCG2. These findings may be useful for cancer combinational therapy with erlotinib in the clinic.