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Quantification of Transporter and Receptor Proteins in Dog Brain Capillaries and Choroid Plexus: Relevance for the Distribution in Brain and CSF of Selected BCRP and P-gp Substrates
Molecular Pharmaceutics ( IF 4.5 ) Pub Date : 2017-09-19 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00449 Clemens Braun 1 , Atsushi Sakamoto 2 , Holger Fuchs 1 , Naoki Ishiguro 2 , Shinobu Suzuki 2 , Yunhai Cui 1 , Klaus Klinder 1 , Michitoshi Watanabe 3, 4 , Tetsuya Terasaki 4 , Achim Sauer 1
Molecular Pharmaceutics ( IF 4.5 ) Pub Date : 2017-09-19 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00449 Clemens Braun 1 , Atsushi Sakamoto 2 , Holger Fuchs 1 , Naoki Ishiguro 2 , Shinobu Suzuki 2 , Yunhai Cui 1 , Klaus Klinder 1 , Michitoshi Watanabe 3, 4 , Tetsuya Terasaki 4 , Achim Sauer 1
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Transporters at the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB) play a pivotal role as gatekeepers for efflux or uptake of endogenous and exogenous molecules. The protein expression of a number of them has already been determined in the brains of rodents, nonhuman primates, and humans using quantitative targeted absolute proteomics (QTAP). The dog is an important animal model for drug discovery and development, especially for safety evaluations. The purpose of the present study was to clarify the relevance of the transporter protein expression for drug distribution in the dog brain and CSF. We used QTAP to examine the protein expression of 17 selected transporters and receptors at the dog BBB and BCSFB. For the first time, we directly linked the expression of two efflux transporters, P-glycoprotein (P-gp) and breast cancer resistance protein (BCRP), to regional brain and CSF distribution using specific substrates. Two cocktails, each containing one P-gp substrate (quinidine or apafant) and one BCRP substrate (dantrolene or daidzein) were infused intravenously prior to collection of the brain. Transporter expression varied only slightly between the capillaries of different brain regions and did not result in region-specific distribution of the investigated substrates. There were, however, distinct differences between brain capillaries and choroid plexus. Largest differences were observed for BCRP and P-gp: both were highly expressed in brain capillaries, but no BCRP and only low amounts of P-gp were detected in the choroid plexus. Kp,uu,brain and Kp,uu,CSF of both P-gp substrates were indicative of drug efflux. Also, Kp,uu,brain for the BCRP substrates was low. In contrast, Kp,uu,CSF for both BCRP substrates was close to unity, resulting in Kp,uu,CSF/Kp,uu,brain ratios of 7 and 8, respectively. We conclude that the drug transporter expression profiles differ between the BBB and BCSFB in dogs, that there are species differences in the expression profiles, and that CSF is not a suitable surrogate for unbound brain concentrations of BCRP substrates in dogs.
中文翻译：
定量的狗脑毛细血管和脉络膜丛中的转运蛋白和受体蛋白：选定的BCRP和P-gp底物在脑和CSF中分布的相关性
血脑屏障（BBB）和血脑脊液屏障（BCSFB）上的转运蛋白作为内源性和外源性分子外排或摄取的关守者起着关键作用。已经使用定量靶向绝对蛋白质组学（QTAP）在啮齿动物，非人类灵长类动物和人类的大脑中确定了其中许多蛋白质的表达。狗是用于药物发现和开发，尤其是用于安全性评估的重要动物模型。本研究的目的是阐明转运蛋白表达与犬脑和脑脊液药物分布的相关性。我们使用QTAP检查了狗BBB和BCSFB处17种选定转运蛋白和受体的蛋白表达。我们第一次直接将两个外排转运蛋白的表达联系起来，P-糖蛋白（P-gp）和乳腺癌抗性蛋白（BCRP），使用特定底物在区域性脑部和CSF中分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。使用特定底物的区域脑和脑脊液分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。使用特定底物的区域脑和脑脊液分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。在收集大脑之前，静脉内分别注入每种含有一种P-gp底物（奎尼丁或apafant）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。在收集大脑之前，静脉内分别注入每种含有一种P-gp底物（奎尼丁或apafant）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。脑毛细血管和脉络丛之间的明显差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。脑毛细血管和脉络丛之间的明显差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。两种P-gp底物的K p，uu，大脑和K p，uu，CSF均指示药物外排。另外，BCRP底物的K p，uu，brain低。相反，两种BCRP底物的K p，uu，CSF接近统一，因此K p，uu，CSF / K p，uu，脑比例分别为7和8。我们得出的结论是，狗的BBB和BCSFB之间的药物转运蛋白表达谱不同，表达谱中存在物种差异，并且CSF不是狗的BCRP底物的未结合脑浓度的合适替代物。
更新日期：2017-09-19
中文翻译：
定量的狗脑毛细血管和脉络膜丛中的转运蛋白和受体蛋白：选定的BCRP和P-gp底物在脑和CSF中分布的相关性
血脑屏障（BBB）和血脑脊液屏障（BCSFB）上的转运蛋白作为内源性和外源性分子外排或摄取的关守者起着关键作用。已经使用定量靶向绝对蛋白质组学（QTAP）在啮齿动物，非人类灵长类动物和人类的大脑中确定了其中许多蛋白质的表达。狗是用于药物发现和开发，尤其是用于安全性评估的重要动物模型。本研究的目的是阐明转运蛋白表达与犬脑和脑脊液药物分布的相关性。我们使用QTAP检查了狗BBB和BCSFB处17种选定转运蛋白和受体的蛋白表达。我们第一次直接将两个外排转运蛋白的表达联系起来，P-糖蛋白（P-gp）和乳腺癌抗性蛋白（BCRP），使用特定底物在区域性脑部和CSF中分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。使用特定底物的区域脑和脑脊液分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。使用特定底物的区域脑和脑脊液分布。在收集大脑之前，静脉内注入了两种鸡尾酒，每种混合物含有一种P-gp底物（奎尼丁或阿帕坦）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。在收集大脑之前，静脉内分别注入每种含有一种P-gp底物（奎尼丁或apafant）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。在收集大脑之前，静脉内分别注入每种含有一种P-gp底物（奎尼丁或apafant）和一种BCRP底物（dantrolene或daidzein）。转运蛋白的表达在不同脑区域的毛细血管之间仅略有变化，并且未导致所研究底物的区域特异性分布。但是，脑毛细血管和脉络丛之间存在明显的差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。脑毛细血管和脉络丛之间的明显差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。脑毛细血管和脉络丛之间的明显差异。观察到BCRP和P-gp的最大差异：两者均在脑毛细血管中高表达，但在脉络丛中未检测到BCRP，仅检测到少量P-gp。两种P-gp底物的K p，uu，大脑和K p，uu，CSF均指示药物外排。另外，BCRP底物的K p，uu，brain低。相反，两种BCRP底物的K p，uu，CSF接近统一，因此K p，uu，CSF / K p，uu，脑比例分别为7和8。我们得出的结论是，狗的BBB和BCSFB之间的药物转运蛋白表达谱不同，表达谱中存在物种差异，并且CSF不是狗的BCRP底物的未结合脑浓度的合适替代物。
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