Molekulare Wirkmechanismen von Sulfonylharnstoffen: Direkte Epac-Aktivierung oder Hemmung der Phosphodiesterasen

Autor: Berisha, Filip
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis
Popis: Diabetes mellitus ist die häufigste Stoffwechselerkrankung in Deutschland. Sulfonylharnstoffe (SH) stellen die älteste und eine sehr prominente Gruppe in der oralen Therapie des Diabetes mellitus Typ II dar, die eine verstärkte Insulinfreisetzung vorrangig durch die Hemmung eines ATP-sensitiven Kaliumkanals (K+ATPKanal) erreichen. Daneben konnten weitere Proteine identifiziert werden, die mit SH interagieren und zu deren Effekten beitragen. Während bereits in frühen Arbeiten gezeigt werden konnte, dass SH Vertreter der Phosphodiesterasen (PDE)Familie in ihrer Funktion behindern können, wurde kürzlich Epac2 (exchange protein directly activated by cAMP 2) als weiteres Zielprotein für SH angeführt. Insbesondere die Fähigkeit von SH, direkt an Epac2 zu binden, wird in der Literatur kontrovers diskutiert und eine indirekte Aktivierung durch eine PDE-Hemmung und einen erhöhten cAMP-Spiegel als Mechanismus vermutet. Zur weiteren Untersuchung wurden in dieser Arbeit FRET-basierte Biosensoren verwendet, um die Wirkung von SH auf Epac und PDEs näher zu untersuchen. Dabei konnte sowohl in einem photometrischen Ansatz als auch in lebenden Zellen, die einen Epac2-basierten Sensor enthalten, gezeigt werden, dass eine Aktivierung durch SH stattfindet. Da sowohl Epac2-camps, der von allen hier verwendeten Sensoren mit der höchsten Sensitivität für cAMP, als auch CFP-Epac1δDEPYFP nicht auf SH reagieren, ist diese Aktivierung selektiv für die Isoform Epac2 und wird vorrangig nicht durch eine PDE-Hemmung verursacht. Die Verwendung weiterer Sensoren mit verschiedenen Varianten von Epac2 (verlängerte Version von Epac2-camps) zeigen mit zunehmender Länge über die cAMP-Bindedomäne hinaus eine beginnende Reaktion im Sinne einer instabilen FRET-Kurve (Epac2camps long) bzw. eine deutliche Aktivierung durch den SH (Epac2-camps superlong), wodurch eine direkte Aktivierung bestätigt wird, und suggerieren eine Bindestelle für SH, die sich von denen von cAMP unterschiedet und weiter eingeengt werden konnte (im näheren Bereich von Q454 bzw. E460). Obwohl hierdurch eine direkte Aktivierung gezeigt werden konnte, ist die grundsätzliche Fähigkeit der SH, PDE zu beeinflussen, keineswegs geklärt. Daher wurden weitere Sensoren konstruiert bzw. verwendet, die basierend auf Epac1-camps und Epac2-camps verschiedene PDEs enthalten. Dabei konnte durch die Zugabe von SH eine deutliche Aktivierung des jeweiligen Sensors und somit eine PDEHemmung nachgewiesen werden. Dies konnte sowohl für PDE4A als auch für die in Inselzellen überwiegend vorkommende PDE3B gezeigt werden. Dadurch ergeben sich einige (klinisch relevante) Implikationen. Zum einen stellt neben der direkten Epac-Aktivierung auch die direkte Hemmung der PDE einen wichtigen Mechanismus für die Sekretion von Insulin dar. Außerdem sind bei PDEHemmung und direkter Epac-Aktivierung außerhalb der Inselzellen auch Nebenwirkungen in anderen Organen zu erwarten wie z.B. die Entstehung lebensgefährlicher Rhythmusstörungen in Herzmuskelzellen.
Diabetes is the most common metabolic disease in the developed world. Sulfonylurea (SU) are one of the oldest and prominent group of oral antidiabetic drugs that act by inhibiting an ATP-sensitive potassium channel and increasing insulin release. Furthermore, additional targets have been identified that interact with SU. Whereas early works could show that SU can inhibit the function of different phosphodiesterases (PDEs), Epac2 (exchange protein directly activated by cyclic AMP) has been identified as yet another target protein for CU. Especially the ability to activate Epac2 by direct binding has been subject of controversial debate. In this study we used FRET-based biosensor to investigate the effects of SU on Epac and different PDEs. We could show that SU can activate Epac by direct binding that is selective top the isoform Epac2. The use of different sensors that contain different parts of Epac2 even revealed the approximate location of the binding site that is different to that of cAMP. Moreover, the use of other biosensor containing isoforms of PDE showed the ability of SU to strongly inhibit PDE3 and PDE4. This leads to several (clinically relevant) implications. Firstly, the direct activation of Epac2 present an important mechanism of insulin release. On the other hand, the activation of Epac2 and inhibition of different PDEs in all cells and tissues might lead to numerous side effects in other organs, e.g. the formation of life threatening cardiac arrythmias.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: