Entwicklung von Inhibitoren der mikrosomalen Prostaglandin E Synthase 1

Die Suche nach neuen Zielmolekülen und Wirkstoffen für die Schmerztherapie ist eine unerlässliche Aufgabe, um Nebenwirkungen heutiger auf dem Markt befindlicher Schmerzmedikamente entgegenzuwirken. Ein vielversprechendes Ziel - als Alternative zu cyclooxigenasehemmenden Medikamenten (tNSDAIDs und Coxibe) - ist die mikrosomale Prostaglandin E-Synthase 1 (mPGES-1). In dieser Arbeit wurden zwei Substanzklassen rund um die Benzensulfonamid-Leitstruktur FR4 und die Quinazolinon-Leitstruktur FR20 aufgebaut. Die Benzensulfonamidklasse enthält 32 Derivate, die Klasse der Quinazolinone 24 Derivate. Beide Strukturklassen konnten durch chemische Modulation an verschiedenen Resten erweitert werden. Durch strukturelle Variationen konnte die Aktivität der FR4-Klasse von initial 14 µM auf 0,8 µM (FR4-Dev28) optimiert werden. In der FR20-Klasse konnten zahlreiche equipotente Derivate gefunden werden. Beide Klassen zeigten eine niedrige Toxizität (ab etwa 100 µM) und konnten auch auf zellulärer Ebene den PGE2-Level konzentrationsabhängig reduzieren. In humanen Vollblutversuchen wurde die Kreuzreaktivität dieser Substanzen auf andere Eicosanoide untersucht. Beide Klassen konnten auch hier den PGE2-Level reduzieren. Ein Prostanoidshunting in Folge der mPGES 1-Hemmung konnte dabei nicht festgestellt werden. Darüber hinaus wurde eine dualinhibitorische Funktion der Benzensulfonamide beobachtet. Neben der mPGES-1 wurde auch das 5LOX-vermittelte LTB2-Level reduziert. Dieser Effekt trat bei den Quinazolinonen nicht auf. Neben der humanen mPGES-1 wurde auch der Einfluss auf das murine Enzym untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Hemmung von der Wahl der Klasse abhängt: Benzensulfonamide hemmen die murine mPGES-1, Quinazolinone nicht. Damit konnte erstmals eine Strukturklasse mit dualinhibitorischer (mPGES-1/5LOX) und speziesübergreifender Hemmung (human/murin) beschrieben werden. Untersuchungen an erstellten Homologie-Modellen der humanen und murinen mPGES-1 zeigten Unterschiede der Bindetaschen der beiden Spezies. PLIF-Analysen der beiden Strukturklassen deckten verschiedene Bindungsmuster auf. In vivo-Pharmakologische Untersuchungen von FR4-Dev6 zeigten eine sehr schnelle Resorption ins Blut (tMax = 10 min) sowohl nach intraperitonealer als auch nach oraler Applikation, gefolgt von einer raschen Verteilung in zahlreiche Organe. Hohe Konzentrationen wurden im Gastrointestinaltrakt und der Niere gemessen, beides Organe, in denen PGE2 eine physiologische Funktion ausübt. Die Konzentration fiel bereits nach 30 min in allen Organen wieder stark ab, ein basaler Level war aber noch nach sechs Stunden mit der eigens entwickelten LC-MS/MS-Methode detektierbar. Eine antiinflammatorische Wirkung in einem Zymosan-induzierten Entzündungsmodell konnte nicht bestätigt werden, da die gewählte Formulierung bereits den PGE2-Level stark reduzierte. Eine starke Akkumulation von FR4-Dev6 konnte aber im Pfotenödem gemessen werden. Die umfassende Charakterisierung der vorgestellten Substanzklassen hat neben grundlegenden Struktur-Aktivitätsbeziehungen neue Einsichten in die Wirkungsweise von mPGES-1-Inhibitoren geliefert. Diese Ergebnisse können in Zukunft für weitere Entwicklungen von neuartigen, verträglicheren Analgetika, Antiphlogistika und Antipyretika mit dem Zielmolekül mPGES-1 genutzt werden

Inhibitors of Human 5-Lipoxygenase Potently Interfere With Prostaglandin Transport

5-Lipoxygenase (5-LO) is the key enzyme in the formation of pro-inflammatory leukotrienes (LT) which play an important role in a number of inflammatory diseases. Accordingly, 5-LO inhibitors are frequently used to study the role of 5-LO and LT in models of inflammation and cancer. Interestingly, the therapeutic efficacy of these inhibitors is highly variable. Here we show that the frequently used 5-LO inhibitors AA-861, BWA4C, C06, CJ-13,610 and the FDA approved compound zileuton as well as the pan-LO inhibitor nordihydroguaiaretic acid interfere with prostaglandin E2 (PGE2) release into the supernatants of cytokine-stimulated (TNFα/IL-1β) HeLa cervix carcinoma, A549 lung cancer as well as HCA-7 colon carcinoma cells with similar potencies compared to their LT inhibitory activities (IC50 values ranging from 0.1–9.1 µM). In addition, AA-861, BWA4C, CJ-13,610 and zileuton concentration-dependently inhibited bacterial lipopolysaccharide triggered prostaglandin (PG) release into human whole blood. Western Blot analysis revealed that inhibition of expression of enzymes involved in PG synthesis was not part of the underlying mechanism. Also, liberation of arachidonic acid which is the substrate for PG synthesis as well as PGH2 and PGE2 formation were not impaired by the compounds. However, accumulation of intracellular PGE2 was found in the inhibitor treated HeLa cells suggesting inhibition of PG export as major mechanism. Further, experiments showed that the PG exporter ATP-binding cassette transporter multidrug resistance protein 4 (MRP-4) is targeted by the inhibitors and may be involved in the 5-LO inhibitor-mediated PGE2 inhibition. In conclusion, the pharmacological effects of a number of 5-LO inhibitors are compound-specific and involve the potent inhibition of PGE2 export. Results from experimental models on the role of 5-LO in inflammation and pain using 5-LO inhibitors may be misleading and their use as pharmacological tools in experimental models has to be revisited. In addition, 5-LO inhibitors may serve as new scaffolds for the development of potent prostaglandin export inhibitors