Modulation der neutralen Endopeptidase im humanen Zellkultursystem durch pflanzliche Drogenextrakte und Naturstoffe

Abstract

Die Neutrale Endopeptidase (Neprilysin, EC 3.4.24.11, NEP) ist eine Metallopeptidase, die ein großes Substratspektrum hat. Ein Einfluss der NEP auf verschiedene pathologische Vorgänge oder Krankheiten wie Bluthochdruck, Adipositas, krankhafte Prostataveränderungen oder Alzheimer-Demenz (AD) ist bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Zusammenhang zwischen der NEP und der Alzheimer-Krankheit beschrieben. Weiterhin wurden die Effekte von ausgewählten Arzneipflanzenextrakten wie Grüntee-Extrakt und seinen Inhaltsstoffen, Ginkgo-biloba-Extrakt und seinen Inhaltsstoffen, Flavonoiden und anderen ausgewählten Naturstoffen auf die Aktivität der NEP in Zellen der SK-N-SH-Zelllinie, einer humanen Neuroblastomazelllinie, untersucht. Im Anschluss wurden die Wirkungsmechanismen, die diesen Effekten zu Grunde liegen könnten, betrachtet. Die Erhöhung der NEP-Aktivität durch verschiedene ausgewählte Testsubstanzen könnte für die Behandlung der AD durch den Abbau von β-Amyloid-Peptidn (Aβ), welche für die AD charakteristisch sind, interessant sein. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Induktion der NEP-Aktivität auf dem Verhältnis zwischen Zelldifferenzierung und Zellproliferation sowie zusätzlich auf der Erhöhung der Konzentration von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) in SK-N-SH-Zellen beruht. Zusätzlich sollten in der Arbeit die Einflüsse von ausgewählten Naturstoffen, welche die Aktivität der NEP erhöhten, auf das Angiotensin-Konversionsenzym (ACE, EC 3.4.15.1) untersucht werden, um die Spezifität dieser Naturstoffe bezüglich ihrer Wirkungen auf die NEP zu prüfen. Auch ACE kann Aβ abbauen und die Ablagerung von Aβ hemmen. Trotz der großen strukturellen Ähnlichkeit beider Enzyme zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, dass manche Testsubstanzen nur die NEP-Aktivität erhöhten ohne die ACE-Aktivität zu beeinflussen. Weiterhin wurde die von den Zellen produzierte und ins Medium sezernierte Menge Aβ1-42 wie auch die cAMP-Konzentration nach der Behandlung der Zellen mit den ausgewählten Testsubstanzen, die die NEP-Aktivität erhöhten, beobachtet. Die Untersuchungen der cAMP-Bildung durch die ausgewählten Substanzen lieferten Ansatzpunkte für die Beziehung zwischen der Erhöhung der NEP-Aktivität und der Erhöhung von cAMP in SK-N-SH-Zellen. Die Induktion der NEP- und der ACE- Aktivität führte zur Hemmung von Aβ1-42. Es konnte festgestellt werden, dass die Induktion sowohl der NEP- als auch der ACE-Aktivität und die damit verbundene Zunahme des Abbaus von Aβ einen vielversprechenden neuartigen Ansatz zur Behandlung und/oder zur Prävention der Alzheimer-Krankheit darstellen könnte.

The neutral endopeptidase (neprilysin, EC 3.4.24.11, NEP), as a metallopeptidase with a large substrate spectrum, affects different pathological processes or diseases such as hypertonia, Alzheimer s disease, adiposity or pathologic changes of the prostate. In this work, the relation of NEP to Alzheimer s disease was examined in details. Furthermore, the effects of selected natural products such as green tea extract and its constituents, Ginkgo biloba extract and its constituents, flavonoids and other selected natural substances on the specific cellular activity of NEP using the human neuroblastoma cell line SK-N-SH were examined. Also the possible responsible mechanisms for these pharmacological effects were investigated. The increase of the specific cellular activity of NEP by different selected test substances could be interesting for the treatment of Alzheimer s disease by increasing β-amyloid (Aβ) clearance. The results of this work show that the induction of the specific NEP activity depends on the differentiation improvement as well as on the increasing of the concentration of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in SK-N-SH cells. Moreover, the consequences of using selected natural substances, which increased the specific activity of NEP, were examined on the angiotensin-converting enzyme (ACE, EC 3.4.15.1) in order to observe the specificity of these substances for the NEP. ACE plays a role in Aβ degradation and prevents its deposition in the brain. In spite of the large structural similarity of both NEP and ACE enzymes, the results of this work show that many test substances increase only the specific NEP activity without affecting the specific ACE activity. Within this work the effects of the increasing of the specific NEP activity after treating the cells with some selected test substances were observed on the amount of endogenously produced and in medium secreted Aβ1-42 as well as on the concentration of intracellular cAMP. The results of these investigations build a strong base for the relation between the increase of the specific NEP activity and the increase of intracellular cAMP in SK-N-SH cells. The induction of the specific cellular NEP- and ACE-activity leads to the inhibition of Aβ1-42 accumulation. In conclusion, the induction of both NEP- and ACE-activity and the associated increase of the Aβ destruction could be a promising novel estimation for the treatment and/or the prevention of Alzheimer s disease.