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Depletion of the enzyme cofactor, tetrahydrobiopterin (BH4), in T-cells was shown to prevent their proliferation upon receptor stimulation in models of allergic inflammation in mice, suggesting that BH4 drives autoimmunity. Hence, the clinically available BH4 drug (sapropterin) might increase the risk of autoimmune diseases. The present study assessed the implications for multiple sclerosis (MS) as an exemplary CNS autoimmune disease. Plasma levels of biopterin were persistently low in MS patients and tended to be lower with high Expanded Disability Status Scale (EDSS). Instead, the bypass product, neopterin, was increased. The deregulation suggested that BH4 replenishment might further drive the immune response or beneficially restore the BH4 balances. To answer this question, mice were treated with sapropterin in immunization-evoked autoimmune encephalomyelitis (EAE), a model of multiple sclerosis. Sapropterin-treated mice had higher EAE disease scores associated with higher numbers of T-cells infiltrating the spinal cord, but normal T-cell subpopulations in spleen and blood. Mechanistically, sapropterin treatment was associated with increased plasma levels of long-chain ceramides and low levels of the poly-unsaturated fatty acid, linolenic acid (FA18:3). These lipid changes are known to contribute to disruptions of the blood–brain barrier in EAE mice. Indeed, RNA data analyses revealed upregulations of genes involved in ceramide synthesis in brain endothelial cells of EAE mice (LASS6/CERS6, LASS3/CERS3, UGCG, ELOVL6, and ELOVL4). The results support the view that BH4 fortifies autoimmune CNS disease, mechanistically involving lipid deregulations that are known to contribute to the EAE pathology.
Hintergrund: Träger eines bestimmten Haplotyps des Gens der GTP Cyclohydrolase (GCH1) gaben im Anschluss an eine Diskektomie nach chronischer lumbaler Radikulopathie weniger Schmerzen an und hatten in experimentellen Schmerzmessungen höhere Schmerzschwellen. Die ex-vivo GCH1-Hochregulierung und BH4-Produktion nach Forskolinstimulierung war reduziert, während die Grundwerte der BH4-Konzentration nicht verändert waren. Diese Beobachtungen legen nahe, dass der Haplotyp hauptsächlich Veränderungen zeigt, wenn das GCH1-System provoziert wird. Diese Studie zielt darauf ab, (1) diese Hypothese zu testen und (2) die schmerzprotektiven Eigenschaften, die diesem Haplotyp zuvor zugeschrieben wurden in unabhängigen Rahmen zu reproduzieren. Methodik: Hierzu wurden experimentelle Schmerzmodelle mit Sensitisierung (lokale Hautentzündung, topische Capsaicinapplikation) und ohne Sensitisierung (punktuell-mechanischer Druck, stumpfer Druck, thermischer und elektrischer Schmerz) an 10 homozygoten Trägern und 22 homozygoten Nichtträgern des angeblich schmerzprotektiven GCH1-Haplotyps durchgeführt. GCH1-, iNOS-Hochregulierung und BH4-Produktion wurden ex-vivo in Leukozyten nach LPS-Stimulation für 24 Stunden ermittelt. Ergebnisse: Träger dieses GCH1-Haplotyps hatten höhere Schmerzschwellen für punktuell-mechanischen Druck (von Frey Haare) im Anschluss an eine lokale Hautentzündung (18.1 ± 11.3 vs. 9 ± 2.8 g; p = 0.005) und im kleineren Rahmen für thermischen Schmerz nach Hyperalgesieinduktion durch Capsaicincreme (35.2 ± 0.9 vs. 36.6 ± 2.4 _C; p = 0.026). Dem hingegen konnten bei den Schmerzmodellen ohne Sensitisierung keine genotypabhängigen Effekte beobachtet werden. GCH1-, BH4 und iNOS-Hochregulierung in Leukozyten nach 24-stündiger LPS-Stimulation waren vermindert bei Trägern des GCH1-Haplotyps, woraus sich schließen lässt, dass sich die Genotypgruppen im Hinblick auf die Regulationsvorgänge im Biopterinstoffwechsel unterscheiden. Schlussfolgerung: Diese Studie bestätigt die vorherigen Befunde, dass eine verminderte GCH1-Funktion oder GCH1-Induzierbarkeit als Folge von genetischen Polymorphismen einen schmerzprotektiven Effekt mit sich bringt. Als Erweiterung der Vorresultate zeigt diese Arbeit, dass sich der schmerzprotektive Effekt vorzugsweise in Schmerzmodellen mit Sensitisierung ausprägt. Dies legt eine besondere Rolle von BH4 bei spezifischen Schmerzprozessen nahe.