Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Genexpressions- und Metabolismusuntersuchungen der menschlichen respiratorischen Nasenschleimhaut

Rahmel, Daniela

The objective of this study was to characterize the expression of xenobiotic metabolizing enzymes as well as the metabolic capacity of the human respiratory nasal mucosa. In particular, the various isoforms of the cytochrome P450 monooxygenases (CYPs) were investigated. The respiratory nasal mucosa samples were taken from patients who had undergone a partial turbinectomy of the lower nasal concha after mucosal hyperplasia had been diagnosed. Several cytochrome P450 monooxygenases could be identified using RT-PCR, including CYP 1A1, 1B1, 2A6/7, 2A13, 2B6, 2C8, 2C9, 2C18, 2C19, 2E1, 2F1, 2J2, 2S1, 3A4, 3A5 and 4B1, albeit at different expression levels. The enzymes CYP 1A2, 2D6, 3A7 and 4A11 were below the limit of quantification. Furthermore, the expression of epoxide hydrolase (EH), the flavin containing monooxygenases 2, 3 and 5 (FMO 2, FMO 3 and FMO 5), the glutathione-S-transferases a2, m1 and r1 (GST a2, GST m1 and GST r1) as well as the UDP-glucuronyltransferase 2A1 (UGT 2A1) could be demonstrated in human respiratory nasal mucosa. Abundant expression of CYP 1A1, 1B1 and 2S1 was found in patients that smoked, while GST a2 was expressed at lower levels in these patients. Male patients showed a higher expression level of CYP 2J2 than female patients, otherwise no other sex-related differences were observed. Immune reactive CYP 2A protein was confirmed by Western blot analysis, but not CYP 1A1, 2B6, 2E1, 3A4 or 3A5 protein. In microsomal assays with pooled nasal concha, the CYP 1A substrate ethoxyresorufin was not metabolized, while testosterone and loteprednol-etabonate (LE) were metabolized to a limited extent. Thus, the expression of several CYP isoforms could be demonstrated in human respiratory nasal mucosa, although only the CYP 2A protein appeared to be translated. The metabolic activities shown for testosterone and loteprednol-etabonate were markedly lower in nasal mucosa than in the liver. The drug loteprednol-etabonate was found to undergo only minimal metabolism in the experiments conducted with human nasal microsomal preparations, and for this reason may be suitable for therapy using local administration on the nasal mucosa in man.

Ziel dieser Arbeit war es, die menschliche respiratorische Nasenschleimhaut hinsichtlich ihrer enzymatischen Ausstattung sowie metabolischen Kompetenz näher zu charakterisieren, wobei schwerpunktmäßig die verschiedenen Isoformen des Cytochrom P450 Monooxygenasesystemes (CYPs) untersucht wurden. Die respiratorische Nasenschleimhaut stammte dabei von Patienten, die sich aufgrund einer Schleimhauthyperplasie einer partiellen Turbinektomie der unteren Nasenmuschel unterzogen haben. Mittels RT-PCR konnten zahlreiche Cytochrom P450 Monooxygenasen nachgewiesen werden, darunter CYP 1A1, 1B1, 2A6/7, 2A13, 2B6, 2C8, 2C9, 2C18, 2C19, 2E1, 2F1, 2J2, 2S1, 3A4, 3A5 und 4B1. Nicht detektierbar waren hingegen CYP 1A2, 2D6, 3A7 und 4A11. Darüber hinaus konnte die Expression der Epoxid-Hydrolase (EH), der Flavinhaltigen Monooxygenasen 2, 3 und 5 (FMO 2, FMO 3 und FMO 5), der Glutathion-S-Transferasen a2, µ1 und r1 (GST a2, GST µ1 und GST r1) sowie der UDP-Glucuronyl-Transferase 2A1 (UGT 2A1) in der menschlichen respiratorischen Nasenschleimhaut belegt werden. Rauchen führte zu einer verstärkten Expression von CYP 1A1, 1B1 und 2S1, während GST a2 vermindert exprimiert wurde. Der Einfluss des Geschlechts konnte nur für CYP 2J2 in Form einer stärkeren Expression bei männlichen Spendern ermittelt werden. Mittels Western blot konnte immunreaktives CYP 2A-, nicht jedoch CYP 1A1-, 2B6-, 2E1-, 3A4- oder 3A5-Protein nachgewiesen werden. In den mikrosomalen Assays mit Nasenmuschelpools wurde das CYP 1A-Substrat Ethoxyresorufin nicht umgesetzt, wohingegen Testosteron und Loteprednol-Etabonat (LE) in geringem Umfang metabolisiert wurden. Somit konnte für die menschliche respiratorische Nasenschleimhaut die Expression zahlreicher CYP-Isoformen nachgewiesen werden, wenngleich nur CYP 2A-Protein translatiert erschien und die metabolische Aktivität gegenüber Loteprednol-Etabonat und Testosteron deutlich geringer als in der Leber ausfiel. Bei den durchgeführten in vitro-Versuchen konnte gezeigt werden, dass der untersuchte Arzneistoff Loteprednol-Etabonat so gut wie keiner Verstoffwechselung durch die verwendeten menschlichen Nasenmuschelmikrosomen unterliegt, weshalb nach lokaler Applikation in der respiratorischen Nasenschleimhaut beim Menschen mit keinem nennenswerten metabolischen Abbau zu rechnen ist.

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Rahmel, Daniela: Genexpressions- und Metabolismusuntersuchungen der menschlichen respiratorischen Nasenschleimhaut. Hannover 2004. Tierärztliche Hochschule.

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