The Breast Cancer Resistance Protein (BCRP/ABCG2) influences the levels of enterolignans and their metabolites in plasma, milk and mammary gland

P. 648-654Lignans are phytoestrogens widely used in dietary supplements and functional foods. After oral ingestion, these polyphenols are metabolized to enterolignans, the main gut microbiota-derived metabolites with weak estrogenic/anti-estrogenic activities. The ABCG2 transporter is highly expressed in the mammary gland and could be responsible for enterolignan accumulation. We aimed here at evaluating the levels of enterolignans and their conjugates in plasma, milk and mammary tissue from wild-type and knockout Abcg2-/- female mice after a lignan-enriched diet for one week. In vitro transepithelial transport of enterolignans was also assayed with ABCG2- transduced cells. Enterolactone and enterodiol levels were higher in plasma and lower in milk from Abcg2-/- compared with wild-type mice. Both enterolactone and enterodiol were accumulated in the mammary gland but with significant differences only for enterolactone. Our results suggest that ABCG2 may be determinant for plasma and milk levels of enterolignans whose accumulation could exert chemopreventive effects against breast cancerS

Altered tissue distribution of flaxseed lignans and their metabolites in Abcg2 knockout mice

Lignans are dietary polyphenols, which are metabolized by gut microbiota into the phytoestrogenic metabolites enterolignans, mainly enterolactone and enterodiol. Breast Cancer Resistance Protein (BCRP/ABCG2) is an efflux transporter that affects the plasma and milk secretion of several drugs and natural compounds. We hypothesized here that Abcg2 could influence the levels of lignans and their derived metabolites in target tissues. Consequently, we aimed to evaluate the role of Abcg2 in the tissue distribution of these compounds. We used Abcg2−/− knockout and wild-type male mice fed with a lignan-enriched diet for one week and analysed their plasma, small intestine, colon, liver, kidneys and testicles. High levels of lignans as well as enterolignans and their glucuronide and sulfate conjugates in the small intestine and colon were detected, with higher concentrations of the conjugates in the wildtype compared with Abcg2−/− mice. Particularly relevant was the detection of 24-fold and 8-fold higher concentrations of enterolactone-sulfate and enterolactone-glucuronide, respectively, in the kidney of Abcg2−/− compared with wild-type mice. In conclusion, our study showed that lignans and their derived metabolites were in vivo substrates of Abcg2, which affected their plasma and tissue levels. These results highlight the role of Abcg2 in influencing the health-beneficial properties of dietary lignans.S

The Breast Cancer Resistance Protein (BCRP/ABCG2) as a key player in the tissue distribution of flaxseed lignans and their metabolites

25 p.Lignans are dietary polyphenols, which are metabolized by the gut microbiota into the phytoestrogenic metabolites enterolignans, mainly enterolactone and enterodiol. The Breast Cancer Resistance Protein (BCRP/ABCG2) is an efflux transporter that affects plasma and milk secretion of several drugs and natural compounds. We hypothesized here that Abcg2 could influence levels of lignans and their derived metabolites in target tissues. Consequently, we aimed to evaluate the role of Abcg2 in the tissue distribution of these compounds. We used Abcg2-/- knockout and wild-type male mice fed with a lignanenriched diet for one week and analysed plasma, small intestine, colon, liver, kidneys and testicles. High levels of lignans as well as enterolignans and their glucuronide and sulfate conjugates in the small intestine and colon were detected, with higher concentrations of the conjugates in the wild-type compared with Abcg2-/- mice. Particularly relevant was the detection of 24-fold and 8-fold higher concentrations of enterolactone-sulfate and enterolactone-glucuronide, respectively, in the kidney of Abcg2-/- compared with wild-type mice. In conclusion, our study showed that lignans and their derived metabolites were in vivo substrates of Abcg2, which affected their plasma and tissue levels. These results highlight the role of Abcg2 in influencing the health-beneficial properties of dietary lignan

Flaxseed-enriched diets change milk concentration of the antimicrobial danofloxacin in sheep

8 p.Flaxseed is the most common and rich dietary source of lignans and is an acceptable supply of energy for livestock. Flaxseed lignans are precursors of enterolignans, mainly enterolactone and enterodiol, produced by the rumen and intestinal microbiota of mammals and have many important biological properties as phytoestrogens. Potential food-drug interactions involving flaxseed may be relevant for veterinary therapy, and for the quality and safety of milk and dairy products. Our aim was to investigate a potential food-drug interaction involving flaxseed, to explore whether the inclusion of flaxseed in sheep diet affects concentration of the antimicrobial danofloxacin in milkS

Effect of bovine ABCG2 Y581S polymorphism on concentrations in milk of enrofloxacin and its active metabolite ciprofloxacin

P. 5731-5738The ATP-binding cassette transporter G2 (ABCG2) is involved in the secretion of several drugs into milk. The bovine Y581S ABCG2 polymorphism increases the secretion into milk of the fluoroquinolone danofloxacin in Holstein cows. Danofloxacin and enrofloxacin are the fluoroquinolones most widely used in veterinary medicine. Both enrofloxacin (ENRO) and its active metabolite ciprofloxacin (CIPRO) reach milk at relatively high concentrations. The aim of this work was to study the effect of the bovine Y581S ABCG2 polymorphism on in vitro transport as well as on concentrations in plasma and in milk of ENRO and CIPRO. Experiments using cells over-expressing bovine ABCG2 showed the effects of ABCG2 on the transport of CIPRO demonstrating more efficient in vitro transport of this antimicrobial by the S581 variantS

Abcg2 transporter affects plasma, milk and tissue levels of meloxicam

https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.113924ATP-binding cassette (ABCG2) is an efflux transporter that extrudes xenotoxins from cells in liver, intestine, mammary gland, brain and other organs, affecting the pharmacokinetics, brain accumulation and secretion into milk of several compounds, including antitumoral, antimicrobial and anti-inflammatory drugs. The aim of this study was to investigate whether the widely used anti-inflammatory drug meloxicam is an Abcg2 sustrate, and how this transporter affects its systemic distribution. Using polarized ABCG2-transduced cell lines, we found that meloxicam is efficiently transported by murine Abcg2 and human ABCG2. After oral administration of meloxicam, the area under the plasma concentration-time curve in Abcg2-/- mice was 2-fold higher than in wild type mice (146.06 ± 10.57 μg·h/ml versus 73.80 ± 10.00 μg·h/ml). Differences in meloxicam distribution were reported for several tissues after oral and intravenous administration, with a 20-fold higher concentration in the brain of Abcg2-/- after oral administration. Meloxicam secretion into milk was also affected by the transporter, with a 2-fold higher milk-to-plasma ratio in wild-type compared with Abcg2-/- lactating female mice after oral and intravenous administration. We conclude that Abcg2 is an important determinant of the plasma and brain distribution of meloxicam and is clearly involved in its secretion into milk.S

Role of ABCG2 in secretion into milk of the anti-inflammatory flunixin and its main metabolite: in vitro-in vivo correlation in mice and cows

35 p.Flunixin meglumine is a nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) widely used in veterinary medicine. It is indicated to treat inflammatory processes, pain and pyrexia in farm animals. In addition, it is one of the few NSAIDs approved for use in dairy cows, and consequently gives rise to concern regarding its milk residues. The ABCG2 efflux transporter is induced during lactation in the mammary gland and plays an important role in the secretion of different compounds into milk. Previous reports have demonstrated that bovine ABCG2 Y581S polymorphism increases fluoroquinolone levels in cow milk. However, the implication of this transporter in the secretion into milk of anti-inflammatory drugs has not yet been studied. The objective of this work was to study the role of ABCG2 in the secretion into milk of flunixin and its main metabolite, 5-hydroxyflunixin, using Abcg2(-/-) mice, and to investigate the implication of the Y581S polymorphism in the secretion of these compounds into cow milk. Correlation with the in vitro situation was assessed by in vitro transport assays using MDCKII cells overexpressing murine and the two variants of the bovine transporter. Our results show that flunixin and 5-hydroxyflunixin are transported by ABCG2 and that this protein is responsible for their secretion into milk. Moreover, the Y581S polymorphism increases flunixin concentration into cow milk, but it does not affect milk secretion of 5-hydroxyflunixin. This result correlates with the differences in the in vitro transport of flunixin between the two bovine variants. These findings are relevant to the therapeutics of anti-inflammatory drug

Abcg2 transporter affects plasma, milk and tissue levels of meloxicam

33 p.ATP-binding cassette (ABCG2) is an efflux transporter that extrudes xenotoxins from cells in liver, intestine, mammary gland, brain and other organs, affecting the pharmacokinetics, brain accumulation and secretion into milk of several compounds, including antitumoral, antimicrobial and anti-inflammatory drugs. The aim of this study was to investigate whether the widely used anti-inflammatory drug meloxicam is an Abcg2 sustrate, and how this transporter affects its systemic distribution. Using polarized ABCG2-transduced cell lines, we found that meloxicam is efficiently transported by murine Abcg2 and human ABCG2. After oral administration of meloxicam, the area under the plasma concentration-time curve in Abcg2-/- mice was 2-fold higher than in wild type mice (146.06 ± 10.57 μg·h/ml versus 73.80 ± 10.00 μg·h/ml). Differences in meloxicam distribution were reported for several tissues, with a 20-fold higher concentration in the brain of Abcg2-/- compared to wild-type mice. Meloxicam secretion into milk was also affected by the transporter, with a 2.5-fold higher milk-to-plasma ratio in wild-type compared with Abcg2-/- lactating female mice (0.58 ± 0.08 versus 0.23 ± 0.06). We conclude that Abcg2 is an important determinant of the plasma and brain distribution of meloxicam and is clearly involved in its secretion into milk. This study was supported by the research projects AGL2015-65626-R (MINECO/FEDER, UE) and RTI2018-100903-B-I00 (AEI/FEDER, UE); and by the predoctoral grants from the Ministry of Economy, Industry and Competitiveness (BES-2016-077235 grant to AMGL), and from Spanish Ministry of Education, Culture and Sport (FPU14/05131 grant to DGM AND FPU18/01559 grant to EBP); and the Junta de Castilla y Leon and European Regional Development Fund (Post-Doctoral Fellowship LE011P17 grant to IAF)

Papel del transportador de membrana ABCG2 sobre la farmacocinética y secreción activa a leche del fármaco Flunixin y de lignanos presentes en la dieta = Role of ABCG2 membrane transporter in the pharmacokinetics and active secretion into milk of the drug Flunixin and Lignans present in the diet

299 p.BCG2 es un transportador de membrana perteneciente a la superfamilia de transportadores ABC (ATP Binding Cassette). Se encuentra ampliamente distribuido en el organismo formando parte de los principales órganos farmacocinéticos además de localizarse en barreras de protección como la barrera hematoencefálica o la fetoplacentaria, donde actúa como “bomba exportadora” transportando activamente compuestos hacía el medio extracelular y realizando una importante labor en la protección del organismo (Schinkel y Jonker, 2012; Jani et al., 2014; Mao y Unadkat, 2015). Esta proteína interacciona con compuestos de muy diversa naturaleza entre los que se encuentran, compuestos endógenos, compuestos naturales, fármacos y xenobióticos (Mao y Unadkat, 2015), algunos de los cuales pueden actuar como sustratos, inhibidores o ambos (Jani et al., 2014). Debido a su localización estratégica, este transportador está estrechamente implicado en los procesos de absorción, distribución, metabolismo y excreción del organismo (ADME) (Jani et al., 2014). Además, junto con la glicoproteína P y diversos transportadores de la subfamilia MRP participa en fenómenos de multirresistencia a fármacos antitumorales y en interacciones farmacológicas (Müller y Fromm, 2011; Chen et al., 2016). ABCG2 se sobreexpresa en glándula mamaria en lactación (Jonker et al., 2005) y diversos estudios lo han relacionado con el transporte activo de compuestos a la leche (van Herwaarden y Schinkel, 2006; Mealey, 2012). Este transportador ha demostrado su implicación en la secreción a leche de diferentes compuestos entre los que se encuentran compuestos de la dieta y fármacos de uso veterinario, aunque actualmente existen pocos estudios sobre la interacción de esta proteína con los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs). Por otra parte, la función de ABCG2 puede encontrarse modificada por la existencia de diversos polimorfismos como el Q141K o el V12M con elevada incidencia en la especie humana (Jani et al., 2014; Hira y Terada, 2018). En medicina veterinaria se ha descrito la presencia del polimorfismo Y581S en ganado vacuno lechero, en la raza Frisona Holstein Israelí, el cual inicialmente fue descrito como un polimorfismo capaz de afectar a las características y la cantidad de leche producida por estos animales (Cohen-Zinder et al., 2005; Ron et al., 2006). Además, se ha demostrado que este polimorfismo está implicado en el incremento de la secreción activa de distintos compuestos a la leche de los animales portadores por lo que puede estar implicado en la aparición de mayores niveles de residuos farmacológicos en este alimento (Otero et al., 2013, 2015, 2016a, 2016b). Diversos estudios han puesto de manifiesto que el transportador ABCG2 es capaz de interactuar tanto in vitro como in vivo con polifenoles de diversa naturaleza incluyendo a los fitoestrógenos (Planas et al., 2012; Bircsak y Aleksunes, 2015), siendo responsable de su paso a leche (Miguel et al., 2014; Otero et al., 2016b). En las últimas décadas, el consumo de fitoestrógenos como los lignanos se ha incrementado considerablemente debido a sus propiedades beneficiosas (Adolphe et al., 2010; Cardoso Carraro et al., 2012; Desmawati y Sulastri, 2019). Los enterolignanos, enterolactona (ENL) y enterodiol (END), son los principales responsables de estas acciones beneficiosas. Estos compuestos son producidos por la microbiota intestinal a partir del secoisolaricierinol diglucósido (SDG) y otros lignanos presentes en diversos alimentos vegetales. Una de las fuentes dietéticas más ricas de estos precursores son las semillas de lino. Los derivados del lino, incluyen además del enterodiol y la enterolactona, a otros metabolitos susceptibles de ser sustratos de este transportador. La interacción con ABCG2 va a influir en su biodisponibilidad, en sus niveles en tejidos hormono-dependientes donde estos compuestos llevan a cabo algunas de sus acciones biológicas y en su presencia en leche. Por lo tanto, la finalidad de los estudios llevados a cabo en esta tesis doctoral fue, por una parte, conocer la acción del transportador ABCG2 en los niveles plasmáticos, tisulares y de secreción a leche de compuestos derivados de lino, y por otra, la evaluación del papel del transportador ABCG2 y de su polimorfismo bovino Y581S en la aparición de residuos en leche de fármacos utilizados en animales de producción lechera como es el AINE flunixin y su principal metabolito el 5-hidroxiflunixin. El principal reto que plantea esta memoria de Tesis Doctoral es profundizar en el conocimiento de la implicación de la proteína transportadora ABCG2 en la secreción activa de diversos compuestos a la leche, con el objetivo de aumentar su calidad y garantizar la llegada al mercado de un producto seguro y saludable; así como, evaluar la función de este transportador en los niveles plasmáticos y de distribución tisular de los derivados del lino. Los artículos 1 y 2 presentan los estudios de la implicación del transportador ABCG2 en los niveles plasmáticos, tisulares y de secreción a leche de los derivados del lino y sus metabolitos. Estos artículos exponen los estudios realizados en machos y hembras en lactación de ratón Abcg2-/- alimentados con una dieta enriquecida al 1% en un extracto de cáscara de semilla de lino (LinumLife®EXTRA) durante 7 días. El empleo de ambos sexos nos permitió, estudiar las diferencias en los niveles tisulares en ratones machos Abcg2-/-, la implicación de esta proteína en la secreción activa a leche de estos compuestos en hembras de ratón Abcg2-/- en lactación, y la comparación de los niveles plasmáticos entre ambos géneros. La administración de la dieta durante 7 días supone un consumo prolongado de estos compuestos y la estabilización de sus niveles como previamente había sido observado en otros estudios con la administración de SDG en animales de experimentación (Rickard y Thompson, 1998; Saarinen y Thompson, 2010). Nuestros resultados mostraron mayores niveles plasmáticos tanto en machos como en hembras de los enterolignanos en ratones Abcg2-/- frente a los wild-type, observándose el mismo comportamiento con los niveles plasmáticos de sus metabolitos conjugados con el ácido glucurónico, por lo que Abcg2 está implicado en el transporte de estos compuestos. Las concentraciones en plasma llegaron a ser 5 veces superiores en el caso del END en las hembras con respecto a los machos, confirmando las diferencias de los niveles de lignanos descritas por otros estudios entre ambos sexos (Xu et al., 2013). En la secreción a leche observamos que Abcg2 está implicado en la secreción activa de estos compuestos. Los mayores niveles de sus metabolitos glucoconjugados en intestino delgado y colon en los animales wild-type comparado con los animales Abcg2-/- sugieren que esta proteína desempeña un importante papel en la circulación enterohepática de estos compuestos probablemente debido a su función en la excreción hepática y en la absorción intestinal de los mismos. Además, los mayores niveles de sulfoconjugados de la ENL en riñón en los animales carentes del transportador indica la importante función de esta proteína en la eliminación de este metabolito conjugado cuya interacción con Abcg2 ya había sido descrita previamente (van de Wetering y Sapthu, 2012). El artículo 3 engloba los estudios llevados a cabo para investigar la implicación de ABCG2 y su polimorfismo Y581S del ganado vacuno en el paso a leche del flunixin y su principal metabolito el 5-hidroxiflunixin; así como, su participación en la presencia en leche de residuos de estos compuestos. Aunque se ha descrito la interacción entre ABCG2 y algunos AINEs, este es el primer estudio que relaciona la actividad de ABCG2 y de su polimorfismo bovino con la secreción activa a leche de un AINE ampliamente usado en medicina veterinaria (De Vito, 2015; van Pamel y Daeseleire, 2015). Nuestros ensayos de transporte transepitelial con células MDCK-II transducidas con los subclones murino y las dos variantes del bovino, wild-type y polimórfica, mostraron un transporte preferencial basal-apical tanto del flunixin como de su principal metabolito detectado en leche, el 5-hidroxiflunixin (Feely et al., 2002) en todas las variantes, por lo tanto ambos compuestos son sustratos in vitro del transportador murino y bovino. Por otra parte, nuestros estudios mostraron diferencias en la capacidad de transporte de las variantes bovinas para el compuesto parental flunixin con una mayor capacidad de transporte de este compuesto en la variante polimórfica; sin embargo, no se apreciaron diferencias entre ambas variantes para el metabolito. Los estudios continuaron con la realización de experimentos de niveles plasmáticos y de secreción a leche de ambos compuestos en hembras de ratón Abcg2-/- en lactación. Los resultados mostraron niveles significativamente mayores en la leche de las hembras wild-type en comparación con los detectados para las hembras Abcg2-/- en ambos compuestos. Estas diferencias también fueron observadas en el ratio leche/plasma; sin embargo, no se detectaron en los niveles plasmáticos entre ambos grupos de animales. A la vista de estos resultados concluimos que Abcg2 está implicado en el transporte activo del flunixin y su principal metabolito el 5-hidroxiflunixin a leche. Para finalizar se llevaron a cabo estudios farmacocinéticos y de secreción a leche con vacas portadoras y no portadoras del polimorfismo Y581S a las que se administró una dosis única de Finadyne® (flunixin meglumine). Los resultados mostraron que el polimorfismo Y581S no afectaba a los niveles plasmáticos de estos compuestos; sin embargo, las vacas portadoras del polimorfismo Y581S vieron incrementada la secreción a leche del compuesto parental flunixin sin afectar a la secreción del 5-hidroxiflunixin. Los resultados obtenidos en esta memoria de tesis doctoral ponen de manifiesto la participación de ABCG2 en la farmacocinética y secreción a leche de compuestos de variada naturaleza, en nuestro caso afectando a los derivados y metabolitos de un compuesto natural como el lino, pero también siendo un factor importante en el paso a leche de fármacos de uso veterinario como el antiinflamatorio flunixin, siendo responsable de la aparición de sus residuos en este alimento