Damit ein Arzneistoff wirken kann, muss er in einer ausreichenden Konzentration am Wirkort vorliegen. Bis vor einigen Jahren wurde angenommen, dass vor allem die physikochemischen Moleküleigenschaften die Permeabilität durch Membranen beeinflussen und die Substanzen überwiegend aufgrund passiver Diffusion in die Zellen gelangen. In den letzten Jahren wurde nun zunehmend die Bedeutung von Aufnahme- und Efflux-Transportproteinen für die Pharmakokinetik von Arzneistoffen erkannt. Mithilfe dieser Transporter können Substanzen Membranbarrieren überwinden oder Gewebe vor toxischen Substanzen geschützt werden. Eine wichtige Transportproteinfamilie für die intrazelluläre Aufnahme von Arzneistoffen bilden die Organic Anion Transporting Polypeptides (OATPs), von denen einige humane Vertreter in der vorliegenden Arbeit untersucht wurden. Thema des ersten Teilprojekts dieser Arbeit war es, Erkenntnisse über die Lokalisation und Funktion des im Magen des Menschen exprimierten Prostaglandintransporters OATP2A1 zu erlangen. So war bisher lediglich bekannt, dass Cyclooxygenaseinhibitoren die PGE2-synthetisierenden Enzyme COX-1 und COX-2 hemmen und somit die zellulären PGE2-vermittelten Effekte modifizieren können. Möglicherweise können Cyclooxygenaseinhibitoren aber auch über die Hemmung des OATP2A1-vermittelten Transports, welcher wahrscheinlich für die Wiederaufnahme von PGE2 in die Zelle verantwortlich ist, die PGE2-vermittelten zellulären Effekte beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass OATP2A1 in der Schleimhaut des humanen Magens in den säureproduzierenden Magendrüsen lokalisiert ist. Des Weiteren konnte mittels einer OATP2A1-exprimierenden Zelllinie gezeigt werden, dass bestimmte Cyclooxygenaseinhibitoren den OATP2A1-vermittelten Transport inhibieren, andere aber auch stimulieren können. Zusätzlich zur Cyclooxygenasehemmung durch die NSAIDs ist diese Modifikation der Transportfunktion möglicherweise für die unterschiedliche Häufigkeit von gastrointestinalen Nebenwirkungen wie Ulzerationen und Blutungen verantwortlich. Das zweite Teilprojekt der Arbeit beschäftigte sich mit dem Einfluss von Flavonoiden auf die intestinale Arzneistoffaufnahme durch die Hemmung der OATP-Transporter OATP1A2 und OATP2B1. Flavonoide zählen neben den Anthocyanen zu den am häufigsten vorkommenden Polyphenolen in Lebensmitteln. Sie sind ebenso Bestandteile zahlreicher Nahrungsergänzungsmittel und pflanzlicher Arzneimittel. Der Einfluss von Flavonoiden auf intestinale arzneistoffmetabolisierende Enzyme und Arzneistofftransporter spielt möglicherweise eine große Rolle, da die intraluminale Flavonoid-Konzentration von z.B. Apigenin, Kaempferol und Quercetin im Darm ausreichend hoch sein kann, um den intestinalen Arzneistoffmetabolismus und -transport im Darm zu beeinflussen. Die vorliegenden Daten zeigen, dass die Flavonoide Apigenin, Kaempferol und Quercetin, die alle Bestandteile verschiedener Nahrungsmittel und Nahrungsergänzungsmittel (z.B. Ginkgo biloba-Zubereitungen) sind, den OATP1A2- und OATP2B1-vermittelten Transport von Substraten in die Zelle durch einen kompetitiven Mechanismus inhibieren können. Das weist darauf hin, dass Lebensmittel und pflanzliche Arzneimittel, die diese Flavonoide enthalten, für Lebensmittel- oder Arzneimittelinteraktionen verantwortlich sein könnten. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss konservierte positiv-geladene Lysin- und Arginin-Reste in Transmembranhelices auf die Transportaktivität des hepatisch exprimierten Aufnahmetransporters OATP1B3 haben. Mittels zielgerichteter Mutagenese wurden in der humanen OATP-Familie konserviert vorkommende, positiv-geladene Aminosäuren ausgetauscht und die Veränderungen in der Transportaktivität von OATP1B3 untersucht. Die transportkinetischen Daten wurden durch eine strukturelle Modellierung des OATP1B3-Proteins unterstützt. Dabei zeigte sich, dass die positiven Ladungen an den Positionen 41 und 580 wichtig für den Transport von Substraten durch OATP1B3 sind. Jedoch zeigte sich durch die strukturelle Modellierung auch, dass ebenso wie die Ladung auch die Orientierung der Aminosäuren Lysin 41 und Arginin 580 eine wichtige Rolle für die funktionelle Transportaktivität des OATP1B3-Aufnahmetransporters spielt. Insgesamt belegen diese in vitro-Arbeiten die Bedeutung der Aufnahme-Transportproteine der OATP-Familie für Arzneimittel-Wechselwirkungen. Diese Erkenntnisse können zum Verständnis über die Resorption von Arzneimitteln im Dünndarm und in der Leber und zur Vermeidung von Nebenwirkungen von Arzneimitteln beitragen.It has been shown that drugs have to reach sufficient concentrations at the site of pharmacological action to be pharmacologically effective. Just a few years ago it was assumed that the physiochemical characteristics of a molecule alone are relevant for the ability of substances to cross cell membranes. Several studies in recent years have now demonstrated that specific transport proteins in plasma membranes are important for the uptake, distribution, and elimination of drugs. Such transport proteins mediate the transport of substances across membrane barriers or tissues. For a better understanding of the function of these transporters, the expression, localization, regulation, and function of these transporters is currently under intensive investigation. One important transporter family for cellular drug uptake is the OATP family (organic anion transporting polypeptides). In the first part of this thesis it was investigated, in which cells OATP2A1, formerly termed prostaglandin transporter (PGT), is expressed in the upper gastrointestinal tract. Furthermore, the potential impact of cyclooxygenase inhibitors on OATP2A1-mediated transport was investigated. Until today the relevance of this transporter for drug transport and for physiological and pathophysiological processes in the human gastrointestinal tract has hardly been discussed. In this study it could be demonstrated that OATP2A1 is expressed in the neck region and deep pyloric glands of the antrum and in parietal cells of the gastric corpus. Furthermore, it was shown that various cyclooxygenase inhibitors are also inhibitors or stimulators of the OATP2A1-mediated uptake. These results suggest that these effects may contribute to differences in the gastrointestinal side effects of cyclooxygenase inhibitors, such as ulcerations and bleedings. In the second part of this thesis the impact of flavonoids on the intestinal uptake of drugs mediated by OATP1A2 and OATP2B1 was investigated. Flavonoids represent the most abundant polyphenoles in vegetables, fruits, tea, wine, and juices. They are also constituents of various dietary supplements or herbal drugs. The impact of flavonoids on intestinal drug metabolizing enzymes and transporters is of special interest because the intraluminal concentrations of flavonoids such as apigenin, kaempferol, and quercetin can reach sufficient concentrations to modify the intestinal drug metabolism and transport. The presented data show that the flavonoids apigenin, kaempferol, and quercetin can inhibit the OATP1A2- and OATP2B1-mediated uptake of substrates into cells by a competitive mechanism. The inhibition of these transporters indicates that the modification of the transport activity may be a mechanism for food-drug or drug-drug interactions. In the third part of this thesis the role of conserved positively charged lysine and arginine amino acids in transmembrane helices for the OATP1B3-mediated uptake was investigated. Using site-directed mutagenesis, lysine and arginine residues were replaced by other amino acids to investigate their impact on OATP1B3 transport activity. Data of kinetic studies were supported by a structural modeling of OATP1B3. Here it was shown that the positive charges at positions 41 and 580 in OATP1B3 are important for transport activity of OATP1B3. In addition the structural modeling indicated that also the orientation of the amino acids lysine 41 and arginine 580 is important for the functional activity of the OATP1B3 uptake transporter. Taken together these in vitro-studies show the importance of organic anion transporting polypeptides for drug-drug interactions. These findings may contribute to a better understanding of drug absorption in the small intestine and the liver and of the prevention of side effects of drugs
