Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Sonja Grommel

 

Untersuchung möglicher positiver Effekte hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Gravidität durch PDE4-Inhibitoren an Ratten

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-102992

title (engl.)

Investigation of a possible positive effect of PDE4 inhibitors on pregnancy maintenance in rats

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/grommels_ss13.pdf

abstract (deutsch)

PDE4-Inhibitoren sind Substanzen, die den Abbau von cAMP zu AMP reduzieren und somit intrazelluläre cAMP-Spiegel erhöhen können. cAMP ist ein Second Messenger, der auch während der Gravidität eine Vielzahl von Signalwegen vermittelt. So wird beispielsweise die Dezidualisierung der endometrialen Stromazellen durch cAMP ausgelöst und auch die Expression dezidualspezifischer Marker wie IL-11, IGFBP-1, COX-II und die Aktivierung des PR erfolgen über einen cAMP-vermittelten Signalweg. In der vorliegenden Arbeit sollte zum einen die Wirkung des PDE4-Inhibitors BYK199404 auf die Implantation bei der Ratte in zwei verschiedenen Stämmen untersucht werden, und zum anderen die Auswirkungen eines Absetzens der Behandlung zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Gravidität näher betrachtet werden. Ziel war es, mögliche graviditätserhaltende Wirkungen aufzuzeigen, welche auch beim Menschen zu neuen therapeutischen Möglichkeiten bei Fruchtbarkeitsstörungen und Schwangerschaftsverlusten führen könnten.

Nach vorangegangener Dosis-Findungs-Studie wurde zunächst im Stammvergleich mit Wistar Han-Ratten, einem Tiermodell mit uneingeschränkter Fertilität, und Brown Norway-Ratten, einem Tiermodell für Fruchtbarkeitsstörungen, die Wirkung einer oralen Gabe von BYK199404 in verschiedenen Dosierungen auf die Implantation untersucht. Dies führte bei keinem der beiden Rattenstämme zu einer Verbesserung der Trächtigkeits- oder Implantationsrate. Im Gegenteil kam es bei der hohen Dosierung von 0,4 mg/kg/d zu einer verminderten Zahl der Implantation bei Wistar Han-Ratten, was vermutlich auf eine maternale Toxizität zurückzuführen ist, da die Testsubstanz eine geringe Verträglichkeit aufwies und Wistar Han-Ratten sich als hoch Empfindlichkeit gegenüber dieser erwiesen.

Um auch auf zellulärer Ebene mögliche behandlungsbedinge Effekte zu analysieren, wurde die Expression von IL-11, IGFBP-1, Desmin und COX-II in uterinen Implantationsstellen untersucht. Bei der mittleren Dosierung von 0,2 mg/kg/d konnte eine signifikante Erhöhung von Desmin, dem wichtigsten Marker für die Dezidualisierung bei Ratten, in Wistar Han-Ratten festgestellt werden. Dies könnte ein erster Hinweis auf eine verbesserte Dezidualisierung sein. COX-II, IL-11 und IGFBP-1 blieben in beiden Rattenstämmen unter Behandlung unverändert.

Da PDE4-Inhibitoren ebenfalls die Hormonsynthese und die Wirkung der Hormone während der Gravidität, insbesondere die von Progesteron beeinflussen können, wurden Serumspiegel von Progesteron, Estradiol und Prolaktin an Tag 6 p.c. gemessen. Des Weiteren wurde die Expression des ER und PR in uterinen Implantationsstellen untersucht. Hierbei konnte weder eine Beeinflussung der zirkulierenden Hormonspiegel noch eine veränderte Rezeptor-Expression in keinem der beiden Rattenstämme nachgewiesen werden.

In einer weiteren Studie wurde die Auswirkung eines Absetzens einer Behandlung mit BYK199404 zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Gravidität bei Wistar Han-Ratten untersucht, um daraus auf eine möglicherweise graviditätserhaltende Wirkung von PDE4-Inhibitoren bei einer durchgehenden Behandlung zu schlussfolgern. Hierbei wurden die Tiere entweder bis zur Implantation, bis zur Mitte der Trächtigkeit oder bis zur Geburt behandelt. Es konnte jedoch durch einen vorzeitigen Abbruch der Behandlung mit BYK199404 keine erhöhten Postimplantationsverluste, wie sie zuvor am IPAS im Zusammenhang mit PDE4-Inhibitoren beobachtet wurden, festgestellt werden und dadurch auch keine Rückschlüsse auf eine mögliche Reduktion dieser durch eine durchgehende Behandlung gezogen werden. Jedoch kam es bei der hohen Dosierung von 0,2 mg/kg/d unabhängig vom Behandlungszeitraum zu erhöhten Gelbkörperzahlen. Dies wurde bereits in vorherigen Studien mit PDE4-Inhibitoren am IPAS beobachtet und könnte aus einer erhöhten Ovulationsrate resultieren. Weder ein Abbruch der Behandlung noch eine durchgehende Behandlung mit BYK199404 haben die steroidalen Hormonkonzentrationen von Progesteron, Estradiol und Prolaktin an Tag 21 p.c. beeinflusst. Auch in der COX-II-Expression konnte kein Behandlungseffekt festgestellt werden. Die Genexpression des PR konnte in behandelten Tieren geringgradig gesteigert werden, der ER blieb dagegen unbeeinflusst.

Insgesamt weisen die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass durch den PDE4-Inhibitor BYK199404 die Implantation weder in Wistar Han- noch in Brown Norway-Ratten verbessert werden konnte. Einen ersten Hinweis auf eine mögliche Verbesserung der Dezidualisierung lieferte eine erhöhte Desmin-Expression bei Wistar Han-Ratten. Auch konnten keine erhöhten Postimplantationsverluste durch einen vorzeitigen Abbruch und dadurch auch keine graviditätserhaltende Wirkung durch eine durchgehende Behandlung mit BYK199404 festgestellt werden. Ob dies auf PDE4-Inhibitoren im Allgemeinen zutrifft, bleibt fraglich und sollte in weiteren Studien untersucht werden.

 

abstract (englisch)

Inhibitors of PDE4 elevate intracellular cAMP levels by controlling their hydrolysis to AMP. cAMP is a second messenger which is responsible for many signal pathways including those during pregnancy. The transformation of endometrial stromal cells to decidual cells is controlled by cAMP. Decidual markers such as IL-11, IGFBP-1 and COX-II are induced by a cAMP mediated pathway and the PR can be activated by cAMP. This study was performed to investigate the role of the specific PDE4 inhibitor BYK199404 during implantation in two different rat strains and to test the effects of terminating treatment at different time points during pregnancy. The aim of this study was to demonstrate possible positive effects on pregnancy maintenance in order to discover new therapeutic methods to treat infertility and pregnancy failure in humans.

After a dose range finding study, implantation was examined comparing Wistar Han rats, an animal model with normal fertility, to Brown Norway rats, an animal model for subfertility and pregnancy failure. Both strains received oral administrations of BYK199404 over 6 days. Neither pregnancy rate nor implantation rate could be improved in these rat strains. On the contrary implantation rates turned out to be significantly lower in Wistar Han rats given a dosage of 0.4 mg/kg/d. Maternal toxicity could be a plausible reason for these losses, since Wistar Han rats were very sensitive to the effects of the compound.

To investigate whether there was an effect at the cellular level, expression of desmin, IGFBP-1, IL-11 and COX-II in uterine implantation sites was examined. In Wistar Han rats, given a mid dosage of 0.2 mg/kg/d, desmin expression was significantly higher than in controls. Desmin is the most important marker for decidualization in rats and therefore these results may indicate an improvement of decidualization. Expression of COX-II, IL-11, and IGFBP-1 were not influenced by treatment in either of the two rat strains.

PDE4 inhibitors can also influence hormone synthesis and hormone action during pregnancy. Especially progesterone is dependent on intracellular cAMP levels, which can be elevated by PDE4 inhibitors. Thus, serum levels of progesterone, estradiol and prolactin were measured on day 6 p.c. as well as the expression of PR and ER in implantation sites. No influence on circulating serum hormone levels or receptor expression was detected in neither of the two rat strains.

In another study the effect of stopping treatment of BYK199404 during different pregnancy times in Wistar Han rats was studied to find possible positive effects on pregnancy maintenance by continuous treatment with PDE4 inhibitors. Animals were treated either until implantation, midpregnancy or parturition. Terminating treatment of BYK199404 before parturition did not cause high postimplantation losses as had been observed earlier at this institute. Therefore no conclusions could be drawn as to whether a continuous treatment could have reduced these losses. However dosages of 0.2 mg/kg/d caused an increased number of corpora lutea no matter how long animals were treated. It is postulated that the increased number of postimplantation losses seen earlier was caused by an elevated ovulation rate. Serum levels of steroid hormones on day 21 p.c. could not be influenced either by an interruption of treatment or by continuous treatment. COX-II expression also did not change after treatment with BYK199404. Gene expression of PR was slightly increased through treatment of BYK199404, whereas ER expression stayed unaffected.

Altogether these results indicate that the specific PDE4 inhibitor BYK199404 could not improve implantation in Wistar Han rats or Brown Norway rats. Increased desmin expression in Wistar Han rats may point to an improvement of decidualization. An increased number of postimplantation losses by terminating treatment during pregnancy could not be observed. Therefore an improvement on pregnancy maintenance could not be determined. Whether these findings apply to PDE4 inhibitors in general is debatable and should be investigated in further studies.

 

keywords

PDE4-Inhibitor, Gravidität, Ratte, PDE4 inhibitor, pregnancy, rat

kb

30.240