Hintergrund: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Bildung und Wirkungsweise von Omega 3 Epoxyeicosanoiden, einer neuen Klasse bioaktiver Lipidmediatoren, die durch Cytochrom P450 Enzyme (CYP) aus langkettigen Omega-3 Fettsäuren gebildet werden.
Hypothesen und Zielstellung: Es wird vermutet, dass die Omega-3 Epoxyeicosanoide die kardioprotektiven und antiarrhythmischen Effekte der im Fischöl enthaltenen Omega-3 Fettsäuren, insbesondere der Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA), vermitteln. Bei den infrage kommenden Metaboliten handelt es sich um 17,18 Epoxyeicosatetraensäure (17,18-EEQ) und 19,20-Epoxydocosapentaensäure (19,20-EDP). Dementsprechend sollte in der vorliegenden Arbeit die Hypothese geprüft werden, ob 17,18-EEQ selbst über die gewünschten kardioprotektiven und antiarrhythmischen Eigenschaften verfügt, die sonst EPA zugeschrieben wird. Darüber hinaus sollten erste Untersuchungen zum Verständnis der beteiligten Signalwege durchgeführt werden. Ein weiteres wesentliches Ziel war die Identifizierung von metabolisch stabilen, synthetischen 17,18-EEQ Analoga für eine zukünftige klinische Anwendung.
Methoden: Zur Erreichung dieser Ziele wurde ein in der Literatur bereits beschriebenes Zellmodell zur Analyse der kardioprotektiven und antiarrhythmischen Eigenschaften von Omega-3 Fettsäuren aufgebaut und nach detaillierter Validierung angewendet. Es handelt sich um ein Schlagfrequenz Assay, der mit isolierten, spontan schlagenden neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRKM) durchgeführt wird. Der Hauptweg zur Identifizierung der Signaltransduktionskomponenten waren pharmakologische Interventionsstudien.
Ergebnisse: Die Schlagfrequenz der NRKMs wurde durch 17,18-EEQ und deren getesteten synthetischen Analoga innerhalb weniger Minuten reduziert. Dieser negativ chronotrope Effekt stellte einen Surrogatmarker für die kardioprotektiven und antiarrhythmischen Effekte der Epoxyeicosanoide dar. Unter den validierten Bedingungen wurde für 17,18 EEQ ein halbmaximale Wirkungskonzentration (EC50) von 11,96 nM und ein maximaler negativ chronotroper Effekt von -28,93 Schlägen pro Minute (bpm) ermittelt. Im Gegensatz dazu trat der negativ chronotrope Effekt von EPA erst nach einer Inkubation von über 30 min auf und erreichte bei einem EC50 von 2342 nM in etwa die gleiche Schlagfrequenzreduktion. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine pharmakologische Inhibition von CYP-Epoxygenasen durch den Wirkstoff MS-PPOH zum Verlust der Wirkung von EPA, aber nicht von 17,18-EEQ führte. Im Ergebnis der Struktur-Funktions-Analyse von 17,18-EEQ wurde die Compound 4 (C4) identifiziert, die sich gegenüber 17,18-EEQ durch einen verbesserten EC50 (1,41 nM) und einem erhöhten negativ chronotropen Effekt (-36,70 bpm) auszeichnete. Gegenüber 17,18 EEQ enthält C4 nur eine Doppelbindung (11,12-Position), die Epoxygruppe ist durch ein Bioisostere (Oxamid-Gruppe) ersetzt und eine weitere Modifikation (3 Oxa Gruppe) dient zur Verhinderung der β-Oxidation und des Membraneinbaus. Die Beteiligung des PI3K/AKT/eNOS/PKG Signalwegs sowie ATP-abhängiger Kalium-Kanäle (KATP) konnte am Effekt von 17,18-EEQ und C4 mittels pharmakologischer Inhibitionen identifiziert werden. Primäre Zielstruktur ist möglicherweise ein G-Protein gekoppelter Rezeptor (GPCR), da die Behandlung der NRKMs mit Pertussis Toxin sowie der lentivirale Knockdown von Filamin A zum Verlust der Wirksamkeit von 17,18-EEQ und C4 führten. C4 reduzierte im NRKM Assay zudem signifikant die elektrische Erregbarkeit, sowie die Ca2+ Transientenamplitude im Vergleich zum Vehikel.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bestätigen die Hypothese, dass Omega-3 Epoxyeicosanoide die eigentlichen Vermittler der kardioprotektiven und antiarrhythmischen Effekte von Omega-3 Fettsäuren sind. Die Wirkung umfasst Veränderungen im Ca2+ Stoffwechsel und der elektrischen Erregbarkeit von Kardiomyozyten. Der Mechanismus beruht wahrscheinlich auf einer GPCR vermittelten Aktivierung des PI3K/AKT/eNOS/PKG Signalweges sowie von KATP Kanälen. Mit C4 konnte ein biologisch hochaktives und metabolisch stabiles 17,18-EEQ Analog identifiziert werden. Tatsächlich erwies sich C4 in weiterführenden Untersuchungen der OMEICOS Therapeutics GmbH auch in anderen präklinischen Modellen als therapeutisch wirksam und steht jetzt für erste klinische Anwendungen zur Verfügung.
