Beitrag ATP-abhängiger Transportproteine zur Pharmakoresistenz von Patienten mit mesialer Temporallappenepilepsie

Abstract

Viele Patienten mit fokaler Temporallappenepilepsie zeigen trotz medikamentöser Therapie epileptische Anfälle. Nach epilepsiechirurgischer Resektion des erkrankten Hirngewebes (Fokus) sind die meisten Patienten unter Fortführung der antikonvulsiven Therapie anfallsfrei. Deshalb wird der Mechanismus für die Pharmakoresistenz in dem entfernten Gehirngewebe vermutet. Eine ektope Expression bzw. Überexpression von Transportproteinen an Neuronen und Gliazellen kann neben einer Veränderung von Zielmolekülen der Antikonvulsiva die Ursache sein. In dieser Studie sollte der Beitrag ATP- abhängiger Transportproteine zur Pharmakoresistenz im resezierten Gewebe von Patienten mit Temporallappenepilepsie bestimmt werden. Die Messungen wurden im Subiculum und Gyrus dentatus akuter Hirnschnitte des Hippocampus (aus Teilresektaten operierter Patienten mit Temporallappenepilepsie) durchgeführt. Nach Prüfung der Vitalität des Gewebes wurde durch Einwaschen einer Hoch- Kalium-ACSF (Artificial cerebrospinal fluid)-Lösung epileptiforme Aktivität induziert. Im Gyrus dentatus war eine zusätzliche repetitive Moosfaser- Stimulation erforderlich. Danach erfolgte in beiden Regionen eine Testung der Wirkung eines der drei Antikonvulsiva Carbamazepin, Valproat und Phenytoin oder der Transportprotein-Inhibitoren Verapamil und Probenecid (Blocker von P-glycoprotein und Multidrug resistance-associated protein). Bei anhaltender epileptiformer Aktivität erfolgte eine Koapplikation der entsprechenden Antikonvulsiva und Transportprotein-Inhibitoren. Ließ sich die Aktivität nicht unterdrücken, wurden Aktivitätsparameter (Inzidenz, Dauer, Amplituden und Frequenzen der langsamen und schnellen Potentialschwankungen) auf eine modulierende Wirkung der Pharmaka untersucht. Die Effekte wurden mit Patienten- und Expressionsdaten verglichen. Durch das experimentelle Protokoll konnte pharmakoresistente epileptiforme Aktivität in Subiculum und Gyrus dentatus induziert werden. Bei der kombinierten Gabe eines Antikonvulsivums mit einem Transportprotein-Inhibitor zeigte sich nur in einem geringen Anteil der Schnitte eine vollständige Suppression der Aktivität. Bei der Untersuchung der Aktivitätsparameter zeigte sich eine signifikante Modulation durch die kombinierte Gabe. Die Untersuchung der Patientendaten und der Expression zeigten keine besonderen Merkmale der Patienten, in deren Gehirnschnitten die Pharmakoresistenz aufgehoben wurde. Bei der Betrachtung der Patienten, von denen mehr als ein Gehirnschnitt untersucht werden konnte, ließ sich eine Gruppe mit homogenen Wirkungen und eine Gruppe mit heterogenen Wirkungen unterscheiden. Von diesen war die letztere zum Zeitpunkt der Operation jünger. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Transportproteine zur Pharmakoresistenz induzierter epileptiformer Aktivität im resezierten Gewebe nur in einzelnen Fällen beitragen. Diese Patienten lassen sich anhand der hier erfassten Patienteninformationen und der Expressionsdaten nicht näher klassifizieren. Bei einzelnen Patienten zeigten die untersuchten Schnitte ein unterschiedliches Ansprechen auf die Medikamente, so dass die Faktoren der Pharmakoresistenz vermutlich unterschiedlich im Gewebe verteilt sind.

Many patients with focal temporal lobe epilepsy show epileptic seizures despite of medical treatment. After epilepsy surgical resection of the pathologic brain tissue (focus) most patients are seizure free if the anticonvulsant treatment is continued. Therefore, the mechanism for pharmacoresistance is believed to be located in the resected tissue. Ectopic expression or overexpression of transporter proteins on neurons and glia cells can be the cause in addition to changes of the target molecules of anticonvulsants. In this study, we wanted to determine the relevance of ATP- dependant transporter proteins in resected tissue of patients with temporal lobe epilepsy. Measurements were performed in the Subiculum and Dentate gyrus of acute hippocampal slices from resected specimen of operated patients with temporal lobe epilepsy. After testing the vitality of the tissue, epileptiform activity was induced by the application of a high-potassium ACSF (Artificial cerebrospinal fluid)-solution. In the dentate gyrus, repetitive mossy fiber stimulation was additionally required. We tested then in both regions the effect of one of the three anticonvulsants Carbamazepine, Valproate, Phenytoin or of the transporter protein inhibitors Verapamil and Probenecid (blockers of P-glycoprotein and Multidrug resistance-associated protein). In cases of sustained epileptiform activity, the anticonvulsant and transporter protein inhibitor were coapplied. If the activity could not be suppressed, activity parameters (incidence, duration amplitudes and frequencies of the slow and fast potential shifts) were examined for a modulation effect of the drugs. The effects were compared with patient and expression data. By using the experimental protocol, pharmacoresistant epileptiform activity could be induced in Subiculum and Dentate gyrus. When the anticonvulsant and transporter protein inhibitor were combined, only few slices showed a full suppression of the activity. In the analysis of the activity parameters, a significant modulation by the combined application could be seen. The assessment of patient data and protein expression showed no specific features of patients of whom the brain slices showed a reversal of the pharmacoresistance. Regarding the patients of whom more than one slice was examined, we could distinguish a group with homogeneous and another group with heterogeneous effects. The latter of those was younger at the moment of operation. The results of this study show that transporter proteins contribute to pharmacoresistance only in single cases. Those patients could not be further determined by the patient information and expression data that were included. Some patients showed a diverse response to the drugs which might be due to a varying distribution of the mechanisms of pharmacoresistance in the tissue.