Interaktion von Psychopharmaka mit humanen organischen Kationentransportern

Abstract

In nahezu allen Organen und Geweben des Organismus kommt Transportsystemen eine wichtige physiologische Bedeutung zu. Aufgrund der Kompartimentierung ist es für den Stoffwechsel essentiell, dass es schlecht oder nicht permeablen Substanzen ermöglicht werden kann, Biomembranen zu überwinden. Die humanen organischen Kationentransporter hOCT1, hOCT2 und hOCT3 aus der SLC22-Genfamilie transportieren sowohl endogene als auch pharmakologisch relevante exogene Substanzen. Diese Proteine werden in verschiedenen Geweben exprimiert, u. a. im Gehirn, wo sie in Neuronen, Gliazellen und im Plexus choroideus zu finden sind. Defekte der hOCTs werden mit bei Patienten differierenden Plasmamedikamentenspiegeln und starken Nebenwirkungen bei der Einnahme von Medikamenten assoziiert.Seit der Entdeckung und Erstbeschreibung der hOCT sind bereits sehr viele Substrate auf ihre Wechselwirkungen mit diesen Transportern untersucht worden. Zu den Substraten gehören endogene Substanzen wie Cholin oder Monoamin-Neurotransmitter, Xenobiotika wie MPP oder TEA, so wie kationische Pharmaka wie Metformin oder Cisplatin. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Stoffe, die zwar nicht transportiert werden, aber die Aktivität der hOCTs hemmen. Dieses ist auch pharmakokinetisch relevant, da beispielsweise die Gabe eines hOCT-hemmenden Medikamentes (z. B. Glukokortikoide) die Ausscheidung eines anderen Pharmakons hemmen kann und damit zu erhöhten Plasmaspiegel führt, was für etwaige Nebenwirkungen mitverantwortlich sein kann.Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob Psychopharmaka (Desipramin, Doxepin, Imipramin, Citalopram, Mirtazapin, Amisulprid, Quetiapin) Substrate der hOCTs darstellen, was aufgrund ihrer Struktur (kationisch bei physiologischem pH, Molekulargewicht < 500) möglich wäre oder ob sie als Inhibitoren dieser Transporter wirken können. Dies ist zum einen zum genaueren Verständnis der Pharmakokinetik von Bedeutung, zum anderen könnte eine Hemmung der hOCTs möglicherweise auch für die Wirkung dieser Pharmaka mitverantwortlich sein. So wird beispielsweise vermutet, dass hOCTs an der Elimination extrazellulärer Neurotransmitter im Gehirn beteiligt sind, ihre Hemmung könnte also einen erhöhten Neurotransmitterspiegel hervorrufen.Zur Durchführung dieser Untersuchungen wurden die hOCTs in transfizierten CHO- und HEK293 Zellen heterolog exprimiert und die Aktivität der Transporter durch die szintigraphische Messung der Aufnahme radioaktiv markierter Substrate bestimmt. Bei den getesteten Psychopharmaka ließ sich -ausser bei Doxepin über hOCT1- kein hOCT-vermittelter Transport nachweisen. Es ist jedoch nicht auszuschliessen, dass dieser durch die hohe endogene Transportaktivität überdeckt wird und dadurch mit der hier angewandten Messmethode nicht nachweisbar ist. Alle Psychopharmaka hemmten jedoch die Aktivität aller drei hOCT-Subtypen. Die ermittelten IC50-Werte lagen hierbei im mikromolaren Bereich. Die höchsten Affinitäten wurden für die Interaktion von Doxepin und Imipramin mit hOCT2 bestimmt (1,3µM bzw. 1,4µM). Alle ermittelten Werte liegen jedoch über den therapeutischen Werten im Serum des Menschen.Diese Arbeit soll einen kleinen Beitrag zum näheren Verständnis von Struktur, Funktionsmechanismen, Regulation und Arbeitsweisen von Transportproteinen, insbesondere der OCT-Familie leisten. Bis zur definitiven Aufklärung muss noch sehr viel Forschung betrieben werden, die weiteren Ergebnisse und daraus erwachsenden Fragestellungen bleiben spannend. In almost all organs and tissues of the organism transport systems play a vital physiological role. Due to compartmentation it is essential for metabolism that poorly permeable or impermeable substances are enabled to overcome biomembranes. The human organic cation transporters hOCT1, hOCT2 and hOCT3 belonging to the SLC22 gene family transport endogenous as well as exogenous pharmacologically relevant substances. These proteins are expressed in various tissues, among others in the brain where they can be found in neurons, glia cells as well as in the plexus choroideus. Defects of the hOCTs are associated with differing plasma drug levels of patients and severe side effects when on medication. Since the discovery and first description of hOCTs a lot of substrates have already been examined with regard to their interactions with these transporters. The substrates comprise endogenous substances such as choline or monoamine neurotransmitters, xenobiotics such as MPP or TEA as well as cationic pharmaceuticals such as metformin or cisplatin. In addition to these there are numerous substances not being transported but inhibiting the activity of hOCTs. This is also of pharmacokinetic relevance as for example the administration of a hOCT inhibiting drug (e. g. glucocorticoids) can inhibit the elimination of another pharmaceutical thus leading to an elevated plasma level, which may be partly responsible for possible side effects. The aim of this thesis was to examine whether psychotropic drugs (Desipramin, Doxepin, Imipramin, Citalopram, Mirtazapin, Amisulprid, Quetiapan) represent substrates of the hOCTs, which would be possible due to their structure (cationic at physiological pH, molecular weight < 500), or whether they can act as inhibitors of these transporters. On the one hand this is of importance for a more precise understanding of pharmacokinetics, on the other hand an inhibition of the hOCTs could possibly also be partly responsible for the effect of these pharmaceuticals. For example it is supposed that hOCTs play a role in the elimination of extracellular neurotransmitters in the brain. Thus their inhibition could evoke an elevated neurotransmitter level.For the carrying out of these examinations the hOCTs were heterologously expressed in transfected CHO- and HEK293 cells and the transporters´ activity was determined by scintigraphic measurement of the uptake of radiolabeled substrates.With none of the tested psychotropic drugs -except in the case of Doxepin via hOCT1- a hOCT-mediated transport could be established. However, it cannot be excluded that such transport might be masked by the high endogenous transport activity and therefore cannot be established with the measuring method applied in this study. All the psychotropic drugs however inhibited the activity of all three hOCT subtypes. The IC50 values obtained were within the micromolar range. The highest affinities were determined for the interaction of Doxepin and Imipramin with hOCT2 (1.3µM, 1.4µM respectively). However, all the values obtained are above human therapeutic serum values. This thesis shall make a small contribution to a closer understanding of the structure, functional mechanisms, regulation and mode of operation of transport proteins, especially those belonging to the OCT-family. For a complete and definitive understanding a lot of research work has yet to be undertaken. Further findings and arising questions remain exciting.