Drug target 5-lipoxygenase : a link between cellular enzyme regulation and molecular pharmacology

Arzneistofftarget-5-Lipoxygenase : ein neuer Enzymaktivierungsweg mit Einfluss auf die Wirksamkeit von Inhibitoren

Leukotriene (LT) sind bioaktive Lipidmediatoren, die in einer Vielzahl von Entzündungskrankheiten wie z.B. Asthma, Psoriasis, Arthritis oder allergische Rhinitis involviert sind. Des Weiteren spielen LT in der Pathogenes
Leukotriene (LT) sind bioaktive Lipidmediatoren, die in einer Vielzahl von Entzündungskrankheiten wie z.B. Asthma, Psoriasis, Arthritis oder allergische Rhinitis involviert sind. Des Weiteren spielen LT in der Pathogenese von Erkrankungen wie Krebs, Osteoarthritis oder Atherosklerose eine Rolle. Die 5-Lipoxygenase (5-LO) ist das Enzym, das für die Bildung von LT verantwortlich ist. Aufgrund der physiologischen Eigenschaften der LT, ist die Entwicklung von potentiellen Arzneistoffen, welche die 5-LO als Zielstruktur besitzen, von erheblichem Interesse. Die Aktivität der 5-LO wird in vitro durch Ca2+, ATP, Phosphatidylcholin und Lipidhydroperoxide (LOOH) und durch die p38-abhängige MK-2/3 5-LO bestimmt. Inhibitorstudien weisen darauf hin, dass der MEK1/2-Signalweg ebenfalls in vivo an der 5-LO Aktivierung beteiligt ist. Hauptziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welche Rolle der MEK1/2-Signalweg bei der Aktivierung der 5-LO besitzt und welchen Einfluss der 5-LO Aktivierungsweg auf die Wirksamkeit potentieller Inhibitoren hat. „In gel kinase“ und „In vitro kinase“ Untersuchungen zeigten, dass die 5-LO ein Substrat für die Extracellular signal-regulated kinase (ERK) und MK-2/3 darstellt. Der Zusatz von mehrfach ungesättigten Fettsäuren (UFA), wie AA oder Ölsäure, verstärkte den Phosphorylierungsgrad der 5-LO sowohl durch ERK1/2 als auch durch MK-2/3. Die genannten Kinasen sind demnach auch für die 5-LO Aktivierung durch natürliche Stimuli verantwortlich, die den zellulären Ca2+-Spiegel kaum beeinflussen. Daraus ist ersichtlich, dass die Phosphorylierung der 5-LO durch ERK1/2 und/oder MK-2/3 einen alternativen Aktivierungsmechanismus neben Ca2+ darstellt. Ursprünglich wurden Nonredox-5-LO-Inhibitoren als kompetitive Wirkstoffe entwickelt, die mit AA um die Bindung an die katalytische Domäne der 5-LO konkurrieren. Vertreter dieser Inhibitoren, wie ZM230487 und L-739,010, zeigen eine potente Hemmung der LT-Biosynthese in verschiedenen Testsystemen. Sie scheiterten jedoch in klinischen Studien. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass die Wirksamkeit dieser Inhibitoren vom Aktivierungsweg der 5-LO abhängig ist. Verglichen mit 5-LO Aktivität, die durch den unphysiologischen Stimulus Ca2+-Ionophor induziert wird, erfordert die Hemmung zellstress-induzierter Aktivität eine 10- bis 100-fach höhere Konzentration der Nonredox-5-LO-Inhibitoren. Die nicht-phosphorylierbare 5-LO Mutante (Ser271Ala/Ser663Ala) war wesentlich sensitiver gegenüber Nonredox-Inhibitoren als der Wildtyp, wenn das Enzym durch 5-LO Kinasen aktiviert wurde. Somit zeigen diese Ergebnisse, dass, im Gegensatz zu Ca2+, die 5-LO Aktivierung mittels Phosphorylierung die Wirksamkeit der Nonredox-Inhibitoren deutlich verringert. Des Weiteren wurde das pharmakologische Profil des neuen 5-LO Inhibitors CJ-13,610 mittels verschiedener in vitro-Testsysteme charakterisiert. In intakten PMNL, die durch Ca2+-Ionophor stimuliert wurden, hemmte die Substanz die 5-LO Produktbildung mit einem IC50 von 70 nM. Durch Zugabe von exogener AA, wird die Wirkung vermindert und der IC50 des Inhibitors steigt an. Dies deutet auf eine kompetitive Wirkweise hin. Wie die bekannten Nonredox-Inhibitoren, verliert auch CJ-13,610 seine Wirkung bei erhöhtem zellulärem Peroxidspiegel. Der Inhibitor CJ-13,610 zeigt jedoch keine Abhängigkeit vom Aktivierungsweg der 5-LO. Grundsätzlich ist es also von fundamentaler Bedeutung bei der Entwicklung von neuen Arzneistoffen, die zellulären Zusammenhänge, insbesondere die Regulierung der Aktivität von Enzymen, zu kennen. Wie in dieser Arbeit gezeigt, hat die Phosphorylierung der 5-LO einen starken Einfluss auf die Regulation der 5-LO Aktivität und eine elementare Wirkung auf die Hemmung des Enzyms durch verschiedene Wirkstoffe.
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Metadaten
Author:Lutz Fischer
URN:urn:nbn:de:hebis:30-9319
Referee:Oliver Werz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2005/06/20
Year of first Publication:2005
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2005/05/13
Release Date:2005/06/20
Tag:5-lipoxygenase ; MAPKinase; arachidonate ; inhibitor
SWD-Keyword:Arachidonsäure ; Arzneimittel ; Lipoxygenase <5-> ; Lipoxygenaseinhibitor ; MAP-Kinase ; Phosphorylierung ; Wirkstoff
HeBIS PPN:129050040
Institutes:Pharmazie
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $