Konzentrationsabhängige funktionelle Hemmung der sauren Sphingomyelinase durch Antidepressiva

Concentration-dependent functional inhibition of acid sphingomyelinase by antidepressants

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-24894
  • 1. Hintergrund und Ziele Die saure Sphingomyelinase (ASM) nimmt eine entscheidende Rolle im Sphingolipidstoffwechsel ein, indem sie die Hydrolyse von Sphingomyelin zu Ceramid und Phosphorylcholin katalysiert. Hierrüber ist die ASM am normalen Zellmembranumsatz beteiligt und reguliert über ihr Reaktionsprodukt, dem bioaktiven Lipid Ceramid, intrazelluläre Signalkaskaden. Initiiert werden diese Signalkaskaden durch diverse Stressstimuli, die zu einer Aktivitätssteigerung der ASM führen und somit eine erhöhte Produktion an Ceramid verursachen. Ceramid stellt ein bioaktives Lipid dar und ist in der Lage Apoptose zu induzieren. Liegt, wie bei ASM knock-out Mäusen, ein Defizit der ASM vor,1. Hintergrund und Ziele Die saure Sphingomyelinase (ASM) nimmt eine entscheidende Rolle im Sphingolipidstoffwechsel ein, indem sie die Hydrolyse von Sphingomyelin zu Ceramid und Phosphorylcholin katalysiert. Hierrüber ist die ASM am normalen Zellmembranumsatz beteiligt und reguliert über ihr Reaktionsprodukt, dem bioaktiven Lipid Ceramid, intrazelluläre Signalkaskaden. Initiiert werden diese Signalkaskaden durch diverse Stressstimuli, die zu einer Aktivitätssteigerung der ASM führen und somit eine erhöhte Produktion an Ceramid verursachen. Ceramid stellt ein bioaktives Lipid dar und ist in der Lage Apoptose zu induzieren. Liegt, wie bei ASM knock-out Mäusen, ein Defizit der ASM vor, so bewirkt dies unter zellulären Stressbedingungen einen Schutz des Gewebes vor Apoptose. Darüber hinaus findet sich bei einer Vielzahl von Krankheitsbildern eine dysregulierte, meist jedoch erhöhte Aktivität der ASM. Wie seit längerem bekannt sind kationisch amphiphile Substanzen (KAS) wie Antidepressiva in der Lage die Aktivität der sauren Sphingomyelinase zu inhibieren. KAS induzieren eine Verdrängung der ASM von der inneren Lysosomenmembran, was zu einer Inaktivierung der ASM führt und sie somit funktionell inhibiert. Kationisch amphiphile Substanzen, die die ASM funktionell inhibieren bezeichnet man als FIASMAs (Functional Inhibitor of Acid SphingoMyelinAse). Die Inhibition der ASM wurde in vorausgehenden Studien allerdings mit Substanzkonzentrationen gemessen, die um ein Vielfaches über den Konzentrationen lagen, die im Plasma von Patienten unter Antidepressivatherapie vorliegen. Somit war Ziel dieser Arbeit den Einfluss von Antidepressiva unterschiedlichster Klassen auf die saure Sphingomyelinase zu untersuchen und das im therapeutisch relevanten Plasmakonzentrationsbereich. 2. Material und Methode Die Hemmung der ASM durch Antidepressiva in deren therapeutisch relevanten Konzentrationsbereichen wurde in vitro durch ein gut etabliertes Zellkulturmodell gemessen. In diesem Zellkulturmodell wurde eine Glioblastomzelllinie (H4) für 24 Stunden mit therapeutisch relevanten Konzentrationen gebräuchlicher Antidepressiva inkubiert. Anschließend wurden die Zellen geerntet, Proteinlysate erstellt und die Proteinkonzentration der erhaltenen Lysate bestimmt. Die Ermittlung der ASM-Aktivität erfolgte durch einen spezifischen Enzym-Aktivitätsassay. Die Enzymaktivität wurde auf die jeweils mitgeführte unbehandelte Kontrolle bezogen und in Prozent angegeben. Ausgewertet wurden die erhobenen Werte mittels Origin in einer Logistic dose response Funktion. 3. Ergebnisse Unter den verwendeten Antidepressiva zeigten Reboxetin, Alaproclate und Mirtazapin keinen eindeutigen hemmenden Einfluss auf die ASM. Im therapeutischen Plasmakonzentrationsbereich waren Amitriptylin, Desipramin, Clomipramin, Maprotilin und Fluoxetin in der Lage die saure Sphingomyelinase zu inhibieren. Die restlichen verwendeten Antidepressiva mit Mianserin, Sertralin, Paroxetin und Citalopram erreichten zwar eine Hemmung der ASM, diese allerdings bei Konzentrationswerten, die über den therapeutisch empfohlenen Plasmaspiegeln liegen. 4. Schlussfolgerungen Die Ergebnisse verdeutlichen, dass FIASMAs, die in vitro bei sehr hohen Wirkstoffkonzentrationen die ASM hemmen, in therapeutisch relevanten Konzentrationsbereichen nicht zwangsläufig die Aktivität dieses Enzyms inhibieren. Die Identifikation von ASM-Inhibitoren, die auch in therapeutischen Konzentrationen effektiv und bereits als Medikament zugelassen sind, ermöglicht jedoch eine unkomplizierte und schnelle Aufnahme dieser Substanzen zur Evaluation für eine erweiterte klinische Anwendung.show moreshow less
  • 1. Background and Aims Acid Sphingomyelinase (ASM) plays an important role in sphingolipid catabolism, catalyzing the hydrolysis of sphingomyelin to ceramide and phosphorycholine. Thus ASM participates in normal membrane turnover and regulates ceramide-mediated intra-cellular signal transduction. ASM activity is increased by various stress stimuli and raises cellular ceramide concentrations. Ceramid is a bioactive lipid and induces apoptosis. ASM knock-out mice, which are characterized by a genetic deficiency in ASM activity, are resistant to stress-induced apoptosis. Additionally, increased ASM-activity is present in many common. Cationic amphiphile drugs, such as antidepressants, are1. Background and Aims Acid Sphingomyelinase (ASM) plays an important role in sphingolipid catabolism, catalyzing the hydrolysis of sphingomyelin to ceramide and phosphorycholine. Thus ASM participates in normal membrane turnover and regulates ceramide-mediated intra-cellular signal transduction. ASM activity is increased by various stress stimuli and raises cellular ceramide concentrations. Ceramid is a bioactive lipid and induces apoptosis. ASM knock-out mice, which are characterized by a genetic deficiency in ASM activity, are resistant to stress-induced apoptosis. Additionally, increased ASM-activity is present in many common. Cationic amphiphile drugs, such as antidepressants, are potent inhibitors of ASM. Cationic amphiphile drugs inhibit ASM, which induces a detachment of ASM protein from inner lysosomale menbranes causing successive inactivation. These Inhibitors of ASM, which functional inhibit ASM are named FIASMAs (Functional Inhibitor of Acid SphingoMyelinAse). The inhibitory effect was shown for extreme drug concentrations, which were above the recommended therapeutic range of plasma concentration present in patients undergoing antidepressant therapy. The purpose of this work was to explore the effect of antidepressants within their recommended therapeutic range of concentration on ASM activity. 2. Materials and Methods The inhibition of ASM-activity by antidepressants in their recommended therapeutic range was measured in vitro in a well-established cell-culture-model. In this model human brain neuroglioma H4 cells were incubated for 24 hours with antidepressants in their recommended therapeutic concentrations. The activity of ASM was determined in whole-cell lysates and measured in a specific enzyme-activity-assay. The enzyme-activity was measured by percent comparing to the untreated control. The results were analyzed using a dose-response function. 3. Results No ASM-inhibiting effect was identified for reboxetine, alaproclate and mirtazapin. Amitriptylin, desipramine, clomipramine, maprotiline and fluoxetine were able to reduce the activity of ASM in their recommended therapeutic range of concentration. The antidepressants mianserine, sertraline, paroxetine and citalopram were also able to reduce the activity of ASM, but with concentrations that were slightly above the recommended plasma range. 4. Conclusion The results demonstrate that FIASMAs which reduce ASM activity in vitro at very high concentrations do not necessarily inhibit ASM in therapeutic recommended plasma concentrations. The identification of ASM-inhibitors, which are effective in therapeutic concentrations and are already approved in clinical use, may offer the opportunity of an uncomplicated and quick evaluation of these substances for further medical use.show moreshow less

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Metadaten
Author:Sven Städtler
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-24894
Advisor:Johannes Kornhuber
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2011
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Medizinische Fakultät
Date of final exam:2011/03/30
Release Date:2011/04/06
Tag:Antidepressiva; saure Sphingomyelinase
acid sphnigomyelinase; antidepressants; concentration; inhibition
SWD-Keyword:Enzymaktivit�t; Inhibition; Konzentration; Sphingomyelinphosphodiesterase; Zellkultur
Institutes:Medizinische Fakultät / Medizinische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
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