Objective: Our objective was to quantitate the contribution of the genetic polymorphisms of the genes for 2 human organic anion transporters—organic anion transporting polypeptide C (OATP-C) and organic anion transporter 3 (OAT3)—to the pharmacokinetics of pravastatin. Methods: Genetic polymorphisms were screened by polymerase chain reaction–single-strand conformation polymorphism analysis, after sequencing with deoxyribonucleic acid obtained from 120 healthy volunteers. To examine whether polymorphisms in these 2 genes of interest alter transport activity, we conducted a clinical study (n = 23) with pravastatin as a selective probe drug. Results: Among 120 healthy individuals, 5 nonsynonymous variants and 1 nonsynonymous variant were observed in the OATP-C and OAT3 genes, respectively. The polymorphisms in the OAT3 gene did not appear to be associated with changes in renal and tubular secretory clearance. In contrast, the OATP-C variants were associated with differences in the disposition kinetics of pravastatin. Subjects with the OATP-C*15 allele (Asp130Ala174) had a reduced total and nonrenal clearance, as compared with those with the OATP-C*1b allele (Asp130Val174); nonrenal clearance values in *1b/*1b (n = 4), *1b/*15 (n = 9), and *15/*15 (n = 1) subjects were 2.01 ± 0.42 L · kg−1 · h−1, 1.11 ± 0.34 L · kg−1 · h−1, and 0.29 L · kg−1 · h−1, respectively, and the difference between *1b/*1b and *1b/*15 subjects was significant (P < .05). Conclusion: Certain commonly occurring single-nucleotide polymorphisms in OATP-C, such as T521C (Val174Ala), are likely to be associated with altered pharmacokinetics of pravastatin. Large clinical studies are needed to confirm these observations. Clinical Pharmacology & Therapeutics (2003) 73, 554–565; doi: 10.1016/S0009-9236(03)00060-2

A cDNA encoding the new member of the multispecific organic anion transporter family, OAT3, was isolated by the reverse transcription-polymerase chain reaction cloning method. Degenerate primers were designed based on the sequences conserved among OAT1, OAT2, and organic cation transporter 1 (OCT1), and reverse transcription-polymerase chain reaction was performed using rat brain poly(A)⁺ RNA. The 536-amino acid protein sequence encoded by OAT3 showed 49, 39, and 36% identity to those of OAT1, OAT2, and OCT1, respectively. Northern blot analysis revealed that rat OAT3 mRNA is expressed in the liver, brain, kidney, and eye. When expressed in Xenopus laevis oocytes, OAT3 mediated the uptake of organic anions, such as p-aminohippurate (K _m = 65 μm), ochratoxin A (K _m = 0.74 μm), and estrone sulfate (K _m = 2.3 μm) and a cationic compound, cimetidine. OAT3-mediated uptake of [³H]estrone sulfate was sodium-independent. para-Aminohippuric acid, estrone sulfate or ochratoxin A did not show anytrans-stimulatory effect on either influx or efflux of [³H]estrone sulfate via OAT3. Organic anions such as sulfobromophthalein, probenecid, indocyanine green, bumetanide, piroxicam, furosemide, azidodeoxythymidine, 4,4′-diisothiocyanostilbene-3,3′-disulfonic acid, and benzylpenicillin inhibited OAT3-mediated estrone sulfate uptake, while ouabain and digoxin did not. Organic cations such as tetraethylammonium, guanidine, verapamil, and quinidine did not interact with OAT3. Acidic metabolites of neurotransmitters derived from dopamine, epinephrine, norepinephrine, and serotonin inhibited the uptake of estrone sulfate via OAT3. These results suggest an important role of OAT3 in the excretion/detoxification of endogenous and exogenous organic anions, especially from the brain.

Metformin, a biguanide, is widely used as an oral hypoglycemic agent for the treatment of type 2 diabetes mellitus. The purpose of the present study was to investigate the role of organic cation transporter 1 (Oct1) in the disposition of metformin. Transfection of rat Oct1 cDNA results in the time-dependent and saturable uptake of metformin by the Chinese hamster ovary cell line withK_m and V_maxvalues of 377 μM and 1386 pmol/min/mg of protein, respectively. Buformin and phenformin, two other biguanides, were also transported by rOct1 with a higher affinity than metformin: theirK_m values were 49 and 16 μM, respectively. To investigate the role of Oct1 in the disposition of metformin, the tissue distribution of metformin was determined in Oct1 gene-knockout mice after i.v. administration. Distribution of metformin to the liver in Oct1(−/−) mice was more than 30 times lower than that in Oct1(+/+) mice, and can be accounted for by the extracellular space. Distribution to the small intestine was also decreased in Oct1(−/−) mice, whereas that to the kidney as well as the urinary excretion profile showed only minimal differences. In conclusion, the present findings suggest that Oct1 is responsible for the hepatic uptake as well as playing a role in the intestinal uptake of metformin, whereas the renal distribution and excretion are mainly governed by other transport mechanism(s).

A cDNA encoding a novel multispecific organic anion transporter, OAT4, was isolated from a human kidney cDNA library. The OAT4 cDNA consisted of 2210 base pairs that encoded a 550-amino acid residue protein with 12 putative membrane-spanning domains. The amino acid sequence of OAT4 showed 38 to 44% identity to those of other members of the OAT family. Northern blot analysis revealed that OAT4 mRNA is abundantly expressed in the placenta as well as in the kidney. When expressed in Xenopus oocytes, OAT4 mediated the high affinity transport of estrone sulfate (K(m) = 1.01 microM) and dehydroepiandrosterone sulfate (K(m) = 0.63 microM) in a sodium-independent manner. OAT4 also mediated the transport of ochratoxin A. OAT4-mediated transport of estrone sulfate was inhibited by several sulfate conjugates, such as p-nitrophenyl sulfate, alpha-naphthyl sulfate, beta-estradiol sulfate, and 4-methylumbelliferyl sulfate. By contrast, glucuronide conjugates showed little or no inhibitory effect on the OAT4-mediated transport of estrone sulfate. OAT4 interacted with chemically heterogeneous anionic compounds, such as nonsteroidal anti-inflammatory drugs, diuretics, sulfobromophthalein, penicillin G, and bile salts, whereas tetraethylammonium, an organic cation, did not. OAT4 is the first member of the multispecific organic anion transporter family, which is expressed abundantly in the placenta. OAT4 might be responsible for the elimination and detoxification of harmful anionic substances from the fetus.

Hepatobiliary excretion mediated by transporters, organic anion-transporting polypeptide (OATP) 1B1 and multidrug resistance-associated protein (MRP) 2, is the major elimination pathway of an HMG-CoA reductase inhibitor, pravastatin. The present study examined the effects of changes in the transporter activities on the systemic and liver exposure of pravastatin using a physiologically based pharmacokinetic model. Scaling factors, determined by comparing in vivo and in vitro parameters of pravastatin in rats for the hepatic uptake and canalicular efflux, were obtained. The simulated plasma and liver concentrations and biliary excretion profiles were very close to the observed data in rats under linear and nonlinear conditions. In vitro parameters, determined in human cryopreserved hepatocytes and canalicular membrane vesicles, were extrapolated to in vivo parameters using the scaling factors obtained in rats. The simulated plasma concentrations of pravastatin were close to the reported values in humans. Sensitivity analyses showed that changes in the hepatic uptake ability altered the plasma concentration of pravastatin markedly but had a minimal effect on the liver concentration, whereas changes in the ability of canalicular efflux altered the liver concentration of pravastatin markedly but had a small effect on the plasma concentration. In conclusion, the model allows the prediction of the disposition of pravastatin in humans. The present study suggests that changes in the OATP1B1 activities may have a small and a large impact on the therapeutic efficacy and side effect (myopathy) of pravastatin, respectively, whereas those in the MRP2 activities may have opposite impacts (i.e., large and small impacts on the therapeutic efficacy and side effect).

Hepatitis B virus (HBV) entry has been analyzed using infection-susceptible cells, including primary human hepatocytes, primary tupaia hepatocytes, and HepaRG cells. Recently, the sodium taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) membrane transporter was reported as an HBV entry receptor. In this study, we established a strain of HepG2 cells engineered to overexpress the human NTCP gene (HepG2-hNTCP-C4 cells). HepG2-hNTCP-C4 cells were shown to be susceptible to infection by blood–borne and cell culture-derived HBV. HBV infection was facilitated by pretreating cells with 3% dimethyl sulfoxide permitting nearly 50% of the cells to be infected with HBV. Knockdown analysis suggested that HBV infection of HepG2-hNTCP-C4 cells was mediated by NTCP. HBV infection was blocked by an anti-HBV surface protein neutralizing antibody, by compounds known to inhibit NTCP transporter activity, and by cyclosporin A and its derivatives. The infection assay suggested that cyclosporin B was a more potent inhibitor of HBV entry than was cyclosporin A. Further chemical screening identified oxysterols, oxidized derivatives of cholesterol, as inhibitors of HBV infection. Thus, the HepG2-hNTCP-C4 cell line established in this study is a useful tool for the identification of inhibitors of HBV infection as well as for the analysis of the molecular mechanisms of HBV infection.

A synergistic effect of P-glycoprotein (P-gp)/Abcb1a and breast cancer resistance protein (Bcrp)/Abcg2 was reported to limit the brain penetration of their common substrates. This study investigated this based on pharmacokinetics using Mdr1a/1b(−/−), Bcrp(−/−), and Mdr1a/1b(−/−)/Bcrp(−/−) mice. Comparison of the brain- and testis-to-plasma ratios (C_brain/C_plasma and C_testis/C_plasma, respectively) of the reference compounds quinidine and dantrolene for P-gp and Bcrp, respectively, indicates that impairment of either P-gp and Bcrp did not cause any change in the efflux activities of Bcrp or P-gp, respectively, at both the blood-brain barrier (BBB) and blood-testis barrier (BTB). The C_brain/C_plasma and C_testis/C_plasma of the common substrates erlotinib, flavopiridol, and mitoxantrone were markedly increased in Mdr1a/1b(−/−)/Bcrp(−/−) mice even compared with Mdr1a/1b(−/−) and Bcrp(−/−) mice. Efflux activities by P-gp and Bcrp relative to passive diffusion at the BBB and BTB were separately evaluated based on the C_brain/C_plasma and C_testis/C_plasma in the knockout strains to the wild-type strain. P-gp made a larger contribution than Bcrp to the net efflux of the common substrates, but Bcrp activities were also significantly larger than passive diffusion. These parameters could reasonably account for the marked increase in C_brain/C_plasma and C_testis/C_plasma in the Mdr1a/1b(−/−)/Bcrp(−/−) mice. In conclusion, the synergistic effect of P-gp and Bcrp on C_brain/C_plasma and C_testis/C_plasma can be explained by their contribution to the net efflux at the BBB and BTB without any interaction between P-gp and Bcrp.

Chronic hepatitis B virus (HBV) infection is a major public health problem worldwide. Although nucleos(t)ide analogs inhibiting viral reverse transcriptase are clinically available as anti-HBV agents, emergence of drug-resistant viruses highlights the need for new anti-HBV agents interfering with other targets. Here we report that cyclosporin A (CsA) can inhibit HBV entry into cultured hepatocytes. The anti-HBV effect of CsA was independent of binding to cyclophilin and calcineurin. Rather, blockade of HBV infection correlated with the ability to inhibit the transporter activity of sodium taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP). We also found that HBV infection-susceptible cells, differentiated HepaRG cells and primary human hepatocytes expressed NTCP, while nonsusceptible cell lines did not. A series of compounds targeting NTCP could inhibit HBV infection. CsA inhibited the binding between NTCP and large envelope protein in vitro. Evaluation of CsA analogs identified a compound with higher anti-HBV potency, having a median inhibitory concentration <0.2 μM.This study provides a proof of concept for the novel strategy to identify anti-HBV agents by targeting the candidate HBV receptor, NTCP, using CsA as a structural platform.

Abstract There is an urgent need for novel methods that can accurately predict intestinal absorption of orally administered drugs in humans. This study aimed to evaluate the potential of a novel gut microphysiological system (MPS), gut MPS/Fluid3D-X, to assess the intestinal absorption of drugs in humans. The gut MPS/Fluid3D-X model was constructed using a newly developed flow-controllable and dimethylpolysiloxane-free MPS device (Fluid3D-X ® ). Human induced pluripotent stem cells-derived small intestinal epithelial cells were employed in this model, which exhibited key characteristics of the human absorptive epithelial cells of the small intestine, including the expression of key gene transcripts responsible for drug transport and metabolism, and the presence of dome-like protrusions in the primary intestinal epithelium under air-liquid interface culture conditions. Functional studies of transporters in the constructed model demonstrated basal-to-apical directional transport of sulfasalazine and quinidine, substrates of the active efflux transporters breast cancer resistance protein and P-glycoprotein, respectively, which were diminished by inhibitors. Furthermore, a cytochrome P450 (CYP) 3A inhibitor increased the apical-to-basal transport of midazolam, a typical CYP3A4 substrate, and reduced metabolite formation. These results suggest that gut MPS/Fluid3D-X has the potential to assess the intestinal absorption of small-molecule drugs.

ABSTRACT Toxicogenomics databases are useful for understanding biological responses in individuals because they include a diverse spectrum of biological responses. Although these databases contain no information regarding immune cells in the liver, which are important in the progression of liver injury, deconvolution that estimates cell-type proportions from bulk transcriptome could extend immune information. However, deconvolution has been mainly applied to humans and mice and less often to rats, which are the main target of toxicogenomics databases. Here, we developed a deconvolution method for rats to retrieve information regarding immune cells from toxicogenomics databases. The rat-specific deconvolution showed high correlations for several types of immune cells between spleen and blood, and between liver treated with toxicants compared with those based on human and mouse data. Additionally, we found 4 clusters of compounds in Open TG-GATEs database based on estimated immune cell trafficking, which are different from those based on transcriptome data itself. The contributions of this work are three-fold. First, we obtained the gene expression profiles of 6 rat immune cells necessary for deconvolution. Second, we clarified the importance of species differences on deconvolution. Third, we retrieved immune cell trafficking from toxicogenomics databases. Accumulated and comparable immune cell profiles of massive data of immune cell trafficking in rats could deepen our understanding of enable us to clarify the relationship between the order and the contribution rate of immune cells, chemokines and cytokines, and pathologies. Ultimately, these findings will lead to the evaluation of organ responses in Adverse Outcome Pathway.