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Untersuchungen zur Expression und Funktion von OATP-Transportern in Blutzellen und der Blut-Hirn-Schranke

  • Aus pharmakologischer Sicht sind unter den Aufnahmetransportern Vertreter der organic anion transporting polypeptide-Familie (OATPs) von besonderem Interesse. Transporter dieser Familie besitzen nicht nur ein breites Substratspektrum endogener und exogener Substanzen, sondern sind auch in zahlreichen Geweben exprimiert. Gut untersucht ist dabei vor allem die Leber mit den vorwiegend hepatisch exprimierten Vertretern OATP1B1 und OATP1B3, während zur Expression und Funktion der OATPs in weiteren pharmakologischen Zielstrukturen, wie beispielsweise den Blutzellen oder auch der Blut-Hirn-Schranke, weit weniger bekannt ist. Ziel dieser Arbeit war es daher, ausgewählte OATP-Transporter hinsichtlich ihrer Expression, ihrem Interaktionspotential und der Funktion in der Blut-Hirn-Schranke und zwei Blutzellpopulationen zu charakterisieren. Dabei konnte zunächst die Expression des OATP2B1 und OATP1A2 in der Blut-Hirn-Schranke bestätigt und deren funktionelle Interaktion mit ausgewählten Dopaminrezeptor-Agonisten aufgezeigt werden. Insbesondere das Ergolin-Derivat Bromocriptin wurde als potenter Inhibitor beider Transporter identifiziert, während Nicht-Ergoline wie Pramipexol hier keinen Effekt hatten. Für Bromocriptin konnte zudem ein direkter OATP1A2-abhängiger Transport nachgewiesen werden, womit dieser Transporter als zentraler Aufnahmetransporter des ZNS-aktiven Bromocriptin infrage kommt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde zunächst die Expression des OATP1A2 und OATP2B1 in Erythrozyten nachgewiesen und charakterisiert und in der Folge deren Bedeutung für die erythrozytäre Aufnahme der Antimalaria-Substanzen Chinin, Chloroquin, Mefloquin, Primaquin, Pyrimethamin, Artemisinin und Artesunat untersucht. Dabei wurden Chinin und Chloroquin als hoch potente OATP1A2-Inhibitoren identifiziert, wobei für ersteres auch ein OATP1A2-abhängiger Transport gezeigt werden konnte. Wie für einige andere OATP1A2-Substrate ist dieser Transport pH-abhängig und Naringin-sensitiv. Für eine pharmakologische Bedeutung dieser Interaktion spricht der Befund, dass eine Naringinabhängigkeit der Chinin-Aufnahme auch in primären Erythrozyten nachgewiesen werden konnte. Der letzte Abschnitt der Arbeit befasst sich mit der Bedeutung des OATP2B1 für die Makrophagenfunktion. Hier konnte zunächst eine deutliche Aufregulation der OATP2B1-Expression bei der Makrophagen-Differenzierung aus primären Monozyten und im THP-1 Zellmodell gezeigt werden. Weiterhin wurde für den Transporter die Interaktion mit dem antiphagozytär wirksamen Polyphenol Resveratrol bestätigt und es konnte gezeigt werden, dass eine Herabregulation des OATP2B1 mittels siRNA den antiphagozytären Effekt des Resveratrol negativ beeinflusst. Zusammengefasst konnten in dieser Arbeit mit Bromocriptin und Chinin zwei neue OATP1A2-Substrate identifiziert werden. Eine Expression des Transporters in Zielstrukturen wie der BHS oder, wie hier gezeigt, der Erythrozytenmembran, legt damit eine besondere Bedeutung des OATP1A2 bei der Verteilung dieser und anderer Wirkstoffe nahe. Demgegenüber konnte mit OATP2B1 in Makrophagen aufgezeigt werden, dass zelluläre Verteilungsprozesse exogener Substanzen auch in einer Modulation der Zellfunktion resultieren können.
  • From pharmacological point of view, members of the organic anion transporting polypeptides (OATP) are of particular interest among uptake transporters. Drug transporters of the OATP family are characterized by a broad spectrum of endogenous and exogenous substrates and a wide expression profile in numerous tissues. While the liver, with the tissue-specific drug transporters OATP1B1 and OATP1B3, represents one of the well-studied tissues, further pharmacological target structures like blood cells as well as the blood-brain-barrier are less well investigated regarding the expression and function of OATP transporters. Therefore, the aim of this study was to characterize selected OATP-transporters concerning their expression, interaction potential and function in the blood-brain-barrier and two blood cell populations. Initially, the expression of OATP1A2 and OATP2B1 was confirmed in the blood-brain-barrier and their functional interaction was shown for selected dopamine receptor agonists. In particular, the ergoline derivative bromocriptine was identified as potent inhibitor of both transporters, while the non-ergoline based compound pramipexole possessed no effect. Furthermore, a direct OATP1A2-mediated transport was detected for bromocriptine revealing this transporter as drug uptake transporter for the CNS-acting compound. In the second part of the study, the expression of OATP1A2 and OATP2B1 was demonstrated and characterized in human erythrocytes. Subsequently, their pharmacological impact on the uptake of the antimalarial compounds quinine, chloroquine, mefloquine, primaquine, pyrimethamine, artemisinin and artesunate into red blood cells was investigated. Here, quinine and chloroquine were identified as potent inhibitors of OATP1A2 function, while quinine was also identified as substrate of OATP1A2. As shown for several other OATP1A2 substrates, OATP1A2-mediated quinine uptake exhibits pH-dependency and sensitivity to OATP1A2-specific inhibitor naringin. The observation of naringin-dependency even on quinine uptake into primary erythrocytes illustrates the pharmacological significance of this interaction. The final section of this study deals with the importance of OATP2B1 for macrophage function. In this section, a significant upregulation of OATP2B1 expression in primary human macrophages generated from blood monocytes as well as in the in-vitro cell model of THP-1 macrophages were confirmed. Furthermore, the interaction of OATP2B1 with the antiphagocytic acting polyphenol resveratrol was confirmed in both macrophage models and it was shown that siRNA-mediated downregulation of OATP2B1 expression negatively influences the inhibitory effect of resveratrol on macrophage phagocytosis. In summary, bromocriptine and quinine could be identified as new substrates of OATP1A2 transporter in this study. An expression of this transporter in target structures such as blood-brain-barrier or, as shown in this study, in red blood cell membrane, suggest a special importance of OATP1A2 for local distribution processes of these and other active substances.

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Metadaten
Author: Andrea Hubeny
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002518-4
Title Additional (English):Investigations on the expression and function of OATP-transporters in blood cells and the blood-brain-barrier
Advisor:Dr. Markus Grube
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/05/09
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/04/29
Release Date:2016/05/09
Tag:OATP1A2, OATP2B1
GND Keyword:Bromocriptin, Chinin, Erythrozyt, Makrophage, Phagozytose
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pharmakologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie