Der α2C-Adrenozeptor als Zielstruktur für Arzneistoffe zur Behandlung des Raynaud-Phänomens, von Lungenödemen und der Schizophrenie

Abstract

Die isolierte Rattenschwanzarterie kann als in vitro Modell der kutanen Zirkulation genutzt werden. Ziel der Studie „Postjunctional α2C-adrenoceptors mediate vasoconstriction in rat tail artery: influence of precontraction and temperature on vasoreactivity“ war es, in Organbadstudien und durch Western- Blotting den postsynaptischen α2-Adrenozeptor in diesem Gewebe zu charakterisieren. Nach Vorstimulation arterieller Gefäßringe des Rattenschwanzes mit Serotonin wurde die durch den α2-Agonisten UK14304 hervorgerufene Kontraktion deutlich verstärkt. Die Effekte von UK14304 konnten unter dieser Voraussetzung durch MK912, Rauwolscin, Yohimbin, WB4101, BRL44408, ARC239 und Prazosin kompetitiv gehemmt werden. Eine Analyse der Schild Regression aller sieben getesteten Antagonisten zeigte, dass UK14304 mit diesen Substanzen um dieselbe Bindungsstelle des postsynaptischen α2-Adrenozeptors konkurriert. Die Affinitäten von MK912, Rauwolscin, Yohimbin und WB41104 waren mit Bindungsdaten vergleichbar, welche diese Wirkstoffe an α2C-Adrenozeptoren des Rattencortex zeigen. Zusätzlich konnte die Existenz von α2C-Adrenozeptoren durch Western-Blotting bestätigt werden. Nach schnellem Abkühlen von 37°C auf 27°C steigerte sich die maximale durch UK14304 hervorgerufene Kontraktion. Dieser Effekt konnte allerdings nur in vorstimulierten arteriellen Gefäßringen beobachtet werden. Die antagonistische Potenz von Rauwolscin wurde durch das Absenken der Organbadtemperatur nicht beeinflusst. Nach anschließendem Erwärmen auf 37°C verringerte sich die anfänglich verstärkte Kontraktion wieder auf den Ausgangswert. Die Experimente zeigen, dass die durch UK14304 hervorgerufene Kontraktion der mit Serotonin vorstimulierten Rattenschwanzarterie hauptsächlich durch α2C-Adrenozeptoren vermittelt wird. Die Stärke der Kontraktion kann durch Einwirkung von Kältereizen erhöht werden. Da α2C-Adrenozeptoren an der Pathologie des Raynaud-Phänomens beteiligt sein sollen, kann die isolierte Rattenschwanzarterie als in vitro Bioassay genutzt werden, um neue Wirkstoffe zur Behandlung dieses Syndroms zu untersuchen. Verletzungen des Zentralnervensystems und körperliche Belastungen unter hypoxischen Bedingungen führen zu einer starken Aktivierung des Sympathikus. Die dadurch ausgelöste pulmonale Gefäßkontraktion kann Lungenödeme verursachen. Ziel der Studie „Alpha2C-adrenoceptors play a prominent role in sympathetic constriction of porcine pulmonary arteries“ war es, in Organbadstudien und durch Western- Blotting den postsynaptischen α2-Adrenozeptor der Schweinepulmonalarterie zu charakterisieren. Verglichen mit Pulmonalvenen rief der α2-Agonist UK14304 in Pulmonalarterien nur eine schwache Gefäßkontraktion hervor. Verapamil (hemmt spannungsgesteuerte Calciumkanäle), 2-APB (hemmt speichergesteuerte Calciumkanäle) und P1075 (öffnet ATP-sensitive Kaliumkanäle) verursachten nur in Pulmonalvenen eine deutliche Abnahme des basalen Gefäßtonus. Dies spricht für einen hohen intrazellulären Calciumspiegel in diesem Gewebe unter in vitro Experimentalbedingungen, der für die Aktivität von α2-Adrenozeptoren von Bedeutung ist. Folglich konnte die durch UK14304 induzierte Kontraktion von Pulmonalarterien nach Vorstimulation mit Bay K 8644 (aktiviert spannungsgesteuerte Calciumkanäle) deutlich verstärkt werden. Die maximale durch Noradrenalin (nichtselektiver α-Agonist) oder Phenylephrin (α1-Agonist) ausgelöste Kontraktion wurde durch Bay K 8644 hingegen nicht zusätzlich verstärkt. Die Konzentrations-Wirkungskurve von Noradrenalin in Gegenwart von Prazosin (α1-Antagonist) und Bay K 8644 zeigte eine geringere Rechtsverschiebung und wies eine deutlich geringere Steigung auf, als in Gegenwart von Prazosin allein. Die Grundvoraussetzung für die Aktivität von α2-Adrenozeptoren erfüllt Noradrenalin also selbst, da der notwendige Anstieg des intrazellulären Calciumspiegels über eine Aktivierung von α1-Adrenozeptoren vermittelt wird. Im Gegensatz zu BRL44408 (α2A-Antagonist) war MK912 (α2C-Antagonist) in der Lage, die Wirkung von UK14304 zu hemmen. Die hohe Affinität von MK912 und die Ergebnisse des Western-Blottings sprechen für eine substanzielle Beteiligung des α2C-Adrenozeptors an der durch Noradrenalin in Pulmonalarterien hervorgerufenen Kontraktion. Es wird deutlich, dass ein großer Anteil des pulmonalen Gefäßwiderstandes von postsynaptischen α2C- Adrenozeptoren in Pulmonalarterien und Pulmonalvenen verursacht wird. Deshalb könnten Antagonisten von α2C-Adrenozeptoren hilfreich bei der Behandlung von Lungenödemen sein. Dopaminerge, serotonerge und adrenerge Rezeptoren sind pharmakologische Zielstrukturen bei der Behandlung der Schizophrenie. Dopamin D2-Partialagonisten wie Aripiprazol stellen eine neue Behandlungsoption für schizophrene Patienten dar und zeichnen sich durch wenig extrapyramidale Nebenwirkungen aus. Die geringe Wirksamkeit des D2-Partialagonisten Tergurid wird in Zusammenhang mit dessen hoher intrinsischer Aktivität an D2-Rezeptoren gebracht. Ziel war es, die Effekte von 2-Chlorotergurid, 2-Bromotergurid und 2-Iodotergurid auf D2-, 5-HT2A-, α2C- sowie H1-Rezeptoren in Bindungsstudien und Organbadstudien zu untersuchen und mit Tergurid zu vergleichen. In einem [35S]GTPγS-Bindungsassay zeigten 2-Chlorotergurid, 2-Bromotergurid und 2-Iodotergurid eine nur halb so hohe intrinsische Aktivität an D2S-Rezeptoren wie Tergurid. Die Verbindungen verhielten sich als potente Antagonisten an D2L-Rezeptoren. Sie waren außerdem hochaffine Antagonisten an 5-HT2A- Rezeptoren von Schweinekoronararterien und an α2C-Adrenozeptoren von Schweinepulmonalarterien. Die niedrige Affinität von 2-Chlorotergurid, 2-Bromotergurid und 2-Iodotergurid zum H1-Rezeptor spricht gegen eine medikamenteninduzierte Gewichtszunahme, eine spezifische Nebenwirkung zahlreicher typischer und atypischer Neuroleptika. Zusätzlich wurde 2-Bromotergurid in präklinischen Tiermodellen getestet. Der Wirkstoff hemmte das Spontanverhalten und die durch Amphetamin induzierte Lokomotion von Ratten, induzierte aber keine Katalepsie. Aufgrund ihrer in vitro Eigenschaften und der ermutigenden in vivo Effekte könnte es sich bei 2-Chlorotergurid, 2-Bromotergurid und 2-Iodotergurid um aussichtsreiche Kandidaten für gut verträgliche Arzneistoffe zur Behandlung der Schizophrenie handeln. Serotonin ist an der Entstehung von Herzklappen- und Lungenfibrosen beteiligt. Die antiserotonergen Eigenschaften von Tergurid wurden in der Studie „Antiserotonergic Properties of Terguride in Blood Vessels, Platelets, and Valvular Interstitial Cells“ in Organbadstudien und an Zellkulturen untersucht. Tergurid verhielt sich als potenter Antagonist an 5-HT2A- und 5 -HT2B-Rezeptoren. In Interstitialzellen von Aorten- und Mitralklappen des Schweins wurde die durch Serotonin induzierte Aktivierung der MAP-Kinase ERK1/2 durch Tergurid gehemmt. Dies kann als Zeichen verringerter fibrotischer Aktivität gewertet werden. Tergurid könnte also therapeutisches Potenzial für die Behandlung fibrotischer Erkrankungen besitzen.

The isolated rat tail artery represents an in vitro model of the cutaneous circulation. The aim of the study „Postjunctional α2C-adrenoceptors mediate vasoconstriction in rat tail artery: influence of precontraction and temperature on vasoreactivity“ was to characterize the postjunctional α2-adrenoceptor in this tissue. In arterial rings UK14304 elicited only slight contractions which were markedly enhanced after prestimulation with serotonin. Under the condition of elevated vascular tone, the contractile UK14304 response was competitively antagonised by MK912, rauwolscine, yohimbine, WB4101, BRL44408, ARC239 and prazosin. Schild regressions were linear and had slopes of unity. Affinities for MK912, rauwolscine, yohimbine and WB41104 were in the same range as binding data for these drugs at α2C-adrenoceptors of rat cerebral cortex. In addition, the presence of α2C-adrenoceptors was confirmed by Western blotting. After rapid cooling from 37°C to 27°C, the maximal UK14304 response was enhanced only in prestimulated arteries; antagonism by rauwolscine was the same before and after cooling. The enhancement of the maximal UK14304 response was abolished by rewarming to 37°C. It is concluded that α2C-adrenoceptors predominantly mediate vasoconstriction in rat tail arteries prestimulated with serotonin. An enhanced contractility is detectable in response to cold stimuli. Because α2C-adrenoceptors may be involved in Raynaud’s phenomenon, the isolated rat tail artery represents a convenient in vitro bioassay to test novel compounds for the treatment of this syndrome. Enhanced pulmonary vasoconstriction in response to injuries of the central nervous system and physical strain under hypoxic conditions results in pulmonary edema due to increased sympathetic activation. The study „Alpha2C- adrenoceptors play a prominent role in sympathetic constriction of porcine pulmonary arteries“ aimed at characterizing α2-adrenoceptor-mediated responses in porcine pulmonary arteries using a tissue bath protocol. The α2-adrenozeptor protein was determined by Western blotting. UK14304 (α2-agonist) elicited only a slight contraction in pulmonary arteries compared to veins. Verapamil (voltage-operated calcium channel blocker), 2-APB (store- operated calcium channel inhibitor), and P1075 (KATP channel opener) induced a marked decrease of the basal tone in veins, but not in arteries. It is supposed, that high intracellular calcium levels are a prerequisite for α2-adrenozeptor function. Consequently, the UK14304-induced contraction in arteries was enhanced by prestimulation with Bay K 8644 (L-type calcium channel activator). Bay K 8644 did not increase the maximal response to noradrenaline (nonselective α-agonist) or phenylephrine (α1-agonist). The rightward shift of the concentration–response curve to noradrenaline by prazosin (α1-antagonist) in combination with Bay K 8644 was smaller and non- parallel compared to that in the presence of prazosin alone. Therefore, the prerequisite for the α2-adrenoceptor activation is fulfilled due to the α1 -adrenoceptor-mediated increase in calcium by noradrenaline itself. UK14304 responses were inhibited by MK912 (α2C-antagonist) but not by BRL44408 (α2A- antagonist). Affinity of MK912 and Western blotting analysis argue for an involvement of α2C-adrenoceptors in contraction induced by noradrenaline in pulmonary arteries. It is concluded that postjunctional α2C-adrenoceptors predominantly mediate contraction in porcine pulmonary arteries and veins. Thus, α2C-adrenoceptor antagonists may be beneficial in the treatment of pulmonary edema. Dopaminergic, serotonergic and adrenergic receptors are pharmacological targets for therapeutic actions in schizophrenia. Dopamine D2 receptor partial agonists such as aripiprazole represent a new treatment option for patients with schizophrenia due to a lower risk to develop extrapyramidal side-effects. The ineffectiveness of terguride, another D2 receptor partial agonist, in treating schizophrenia was recently attributed to its considerably high intrinsic activity at D2 receptors. This study aimed at characterizing the effects of terguride, 2-chloroterguride, 2-bromoterguride and 2-iodoterguride at D2, 5-HT2A, α2C-adrenergic, and histamine H1 receptors using binding and functional assays. Furthermore, we studied the antipsychotic-like effects of 2-bromoterguride using amphetamine-induced locomotion. Extrapyramidal side-effect liability was evaluated by catalepsy test. As determined by [35S]GTPγS binding, 2-chloroterguride, 2-bromoterguride, and 2-iodoterguride produced intrinsic activities at D2S receptors that were half as high as the intrinsic activity of terguride. The compounds behaved as potent antagonists at D2L receptors. They were high- affinity antagonists at 5-HT2A receptors of porcine coronary arteries and α2C adrenoceptors of porcine pulmonary arteries. Low affinities of the compounds for H1 receptors argue against drug-induced weight gain, a specific feature of numerous antipsychotics. In vivo, 2-bromoterguride inhibited spontaneous behavior and amphetamine-induced locomotion but did not induce catalepsy. Due to their in vitro properties and the promising in vivo antipsychotic-like activity, 2-chloroterguride, 2-bromoterguride and 2-iodoterguride may be strong candidates for the treatment of schizophrenia with a lower risk to induce extrapyramidal side-effects. Serotonin is involved in heart valve tissue fibrosis and pulmonary fibrosis. The study „Antiserotonergic Properties of Terguride in Blood Vessels, Platelets, and Valvular Interstitial Cells“ aimed at characterizing the antiserotonergic properties of terguride by using functional receptor assays and valvular interstitial cell cultures. Terguride behaved as a potent antagonist at 5-HT2A-receptors and 5-HT2B-receptors. In porcine valvular interstitial cells, serotonin-induced activation of ERK1/2, an initiator of cellular proliferation and activity, was inhibited by terguride as shown by Western blotting. Because of the inhibition of 5-HT2A- receptors, 5-HT2B-receptors and ERK1/2 activity, terguride may have therapeutic potential in the treatment of fibrotic disorders.