Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Embryotoxizität, antikonvulsive Wirkung, Sedierung und Adipogenese

Volland, Jutta

Valproic acid (VPA) is a drug successfully used in epilepsy therapy, as migraine-prophylaxis and for bipolar illness. The research for use in chemotherapy is ongoing. The use of VPA has been associated with embryotoxicity while use in pregnancy and hepatotoxicity and weight gain in patients. Further investigations with VPA and VPA-derivatives on structure-teratogenicity-relationships in the mouse resulted in the following postulations: sp3 –hybridization of the C-2-atom, chain elongation of one side chain and /or insertion of a double- or triple-bond in position 4 resulted in an increase of the teratogenic potency in the mouse. A decrease of teratogenicity is observed after insertion of a double-bond in a different position, absence of the alpha-H-atom (exchange (e.g. F-atom) or insertion of a double-bond), or after substitution of the carboxylic group by an amide group. Furthermore, evidence for a stereoselective teratogenicity was obtained. The aims of this thesis were: (A) to investigate new VPA-related substances as to their teratogenic, anticonvulsant, and neurotoxic potency in the mouse, (B) to discuss relationships between the findings obtained and the substance structure, (C) to select a possible teratogenic reference substance, which can serve as a positive control in in vitro assays, (D) to estabish an in vitro model for adipocyte differentiation, and (E) to test VPA and several VPA-derivatives in this adipocyte cell model. A: Five newly synthesized VPA-related classes of compounds were tested in the mouse. ·         Beta-branched carboxylic acids are teratogenic. Chain elongation resulted in increased rates of exencephaly. The teratogenic potency is not related to the anticonvulsant or neurotoxic effects. Hydroxamic acids, with the exception of Pentyl-4yn-HS, show no teratogenicity after dosing with 3 mmol/kg b.w.. Very good anticonvulsant properties of hydroxamic acids were demonstrated. Sulfonamides and thiazolidinediones showed very high maternal toxicity, which is why the anticonvulsant and neurotoxic properties could not be tested. Sulfonates were tolerated well and iso-propyl-sulfonate produced no exencephaly in the mouse, while the anticonvulsant activity was weaker than VPA. B: Related to the invetsigations the following structure-activity-relationships could be demonstrated: ·         Beta-branching of carboxylic acids resulted in teratogens for mice. Chain elongation of beta-branched compounds increases the teratogenic potency just as chain elongation in alpha-branched compounds does. Substitution of the carboxylic group by a R-CO-NHOH-group resulted in loss of teratogenicity. Moreover these compounds are very good anticonvulsants. Substitution of the carboxylic group by a sulfonate group resulted in a weaker or loss of teratogenic activity. Sulfonamides and thiazolidinediones possess a very high acute toxicity after subcutaneous administration. C: It was demonstrated that pentyl-4yn has a stereoselective teratogenicity in the mouse. The S-enantiomere produced exencephaly at a dose of 0.72 mmol/kg b.w. in 50% of the pups (in comparison VPA: Tera D50: 2.82 mmol/kg b.w.). This compound represents most potent teratogen of the VPA-derivatives ever found. In comparison the R-pentyl-4yn has a lower teratogenic potencial. Due to this finding, the use of this potent compound in cognitive disorders seems possible. D: The murine embryonic cell line C3H/10T1/2 is able to differentiate into adipocytes by addition of hormones and several inducers. The cell line was imported and a cell model established. E: VPA and 2en-VPA have pro-adipogenic properties in C3H/10T1/2-cells. PPARγ-activation is linked to the differentiation of this cell line. The hypothesis, that VPAs cause weight gain in patients via the PPAR-γ is supported by the findings. Additionally 3-propyl-heptanoic acid could be identified as a pro-adipogenic compound.  

Die unter den Synonymen Valproinsäure (VPA) oder 2-Propyl-Valeriansäure bekannte 2-n-Propyl-Pentansäure ist ein Arzneimittel, welches in der Behandlung der Epilepsie, in der Migräneprophylaxe und bei Bipolaren Erkrankungen erfolgreich am Menschen eingesetzt wird. Ein Einsatz in der Chemotherapie wird derzeit erforscht. Das Therapeutikum steht in Zusammenhang mit Embryotoxizität, Hepatotoxizität und Gewichtszunahme bei behandelten Patienten. Bisherige Studien zu Struktur-Teratogenitätsbeziehungen bei der Maus ergaben folgende Postulate für VPA ähnliche Substanzen: Sp3-Hybridisierung des C2-Atoms, Verlängerung einer der beiden Alkylketten und/oder das Einfügen von Doppel- oder Dreifachbindungen in 4er-Stellung bewirken eine Zunahme der teratogenen Potenz bei der Maus. Eine Abnahme der Mißbildungsrate resultiert aus dem Einfügen von Doppelbindungen in anderer Position, Fehlen des alpha-H-Atoms (durch Austausch (mit z.B. Fluor-Atom) oder Einfügen einer Doppelbindung) oder der Austausch der Carboxylgruppe durch eine Amidgruppe. Desweiteren wurde eine stereoselektive Wirkung in Bezug auf die Teratogenität festgestellt. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, (A) neue VPA-ähnliche Substanzen auf ihre teratogene, antikonvulsive und neurotoxische Potenz bei der Maus in vivo zu untersuchen, (B) aus den Ergebnissen weitere Zusammenhänge zwischen Substanzstruktur und Fruchtschädigung zu ziehen, (C) eine möglichst teratogene Referenzsubstanz für den Einsatz in neu etablierten Zellkulturmethoden zur Prädiktion von Teratogenität zu finden, (D) in vitro ein Fettzelldifferenzierungsmodell zu etablieren und (E) VPA und ihre Derivate auf adipogene Eigenschaften in vitro zu untersuchen. A: Es wurden fünf neu-synthetisierte, Valproinsäure-ähnliche Substanzklassen auf ihre Wirkungen bei der Maus untersucht. Dabei wurden die Stoffe in einem Exencephalie-Modell auf ihre teratogenen, im subkutanen Pentetrazol (PTZ) –Test auf ihre antikonvulsiven und im RotaRod-Test auf ihre neurotoxischen Wirkungen getestet. ·         Beta-verzweigte Carbonsäuren sind teratogen. Steigende Seitenkettenlänge bewirkt zunehmende Exencephalieraten, die teratogene Wirkung steht in keinem Zusammenhang mit der antikonvulsiven und neurotoxischen Wirkung. Hydroxamsäuren zeigen, mit Ausnahme der Pentyl-4yn-Hydroxamsäure, keine Teratogenität bei applizierter Dosis von 3 mmol/kg KG. Eine sehr gute antikonvulsive Wirkung konnte für die VPA-HS bestätigt werden. Darüber hinaus haben weitere HS-Derivate noch bessere antikonvulsive Eigenschaften. Sulfonamid-Verbindungen und Thiazolidindione zeigen schon in niedrigem Dosisbereich eine starke akute Toxizität der Muttertiere. Die teratogene Potenz ist deshalb nicht zu beurteilen. Antikonvulsive und neurotoxische Wirkungen wurden aus diesem Grund nicht weitergehend untersucht. Sulfonat-Verbindungen wurden von den Tieren gut toleriert und das Iso-Propyl-Sulfonat verursachte keine Exencephalie nach Applikation von 3 mmol/kg. Andere Sulfonat-Verbindungen zeigten eine geringe Teratogenität, Die antikonvulsive Wirkung war geringer als die der VPA. B: Es konnten durch diese Arbeit folgende neue Struktur-Aktivitätsbeziehungen aufgezeigt werden: ·         Beta-Verzweigte Carbonsäuren wirken im Exencephalie-Modell teratogen. Zunahme der Teratogenität nach Kettenverlängerung gilt sowohl, wie bereits bekannt, für alpha-verzweigte Carbonsäuren, als auch für beta-verzweigte Substanzen dieser Klasse. Austausch der Carboxylgruppe durch eine R-CO-NHOH-Gruppe (Hydroxamsäure-Gruppe) bewirkt den Verlust der Teratogenität. Diese Verbindungen wirken sehr gut antikonvulsiv. ·         Austausch der Carboxylgruppe durch einen Sulfonatrest resultiert in einer geringen bis fehlenden Teratogenität. Sulfonamide und Thiazolidindion-Verbindungen haben eine hohe akute Toxizität nach subkutaner Applikation. C: Es konnte gezeigt werden, daß Pentyl-4yn eine stereoselektiv teratogene Potenz bei der Maus hat. Das S-Enantiomer verursacht bereits bei einer Dosis von 0,72 mmol/kg bei der Hälfte der Feten eine Mißbildung (im Vergleich VPA: TeraD50: 2,82 mmol/kg). Somit ist das bis dato stärkste Teratogen der VPA-Abkömmlinge identifiziert worden. Im Gegensatz dazu ist das R-Enantiomer der Pentyl-4yn-VPA sehr viel geringer teratogen. Diese Tatsache könnte sich positiv auf einen möglichen Einsatz der Substanz als Förderer kognitiver Leistungen auswirken. D: Die murine embryonale Zellinie C3H/10T1/2 kann unter Hormonsubstitution und Zugabe bestimmter Substanzen zu Fettzellen differenzieren. Die Zellinie wurde aus Amerika importiert und die Handhabung und Züchtung im Zellabor der Zentrumsabteilung für Lebensmitteltoxikologie der Tierärztlichen Hochschule Hannover etabliert. E: VPA und 2en-VPA wirken prodifferenzierend auf die C3H/10T1/2-Zellen. PPAR-gamma-Aktivierung steht in Verbindung mit der Differenzierung dieser Zellinie zu Fettzellen. Die Vermutung, daß VPA durch PPARγ-Aktivierung eine Rolle bei der unerwünschten Gewichtszunahme unter VPA-Therapie eine Rolle spielt konnte mit den hier stattgefundenen Untersuchungen untermauert werden. Als eine sehr gut prodifferenzierende Substanz in den C3H/10T1/2-Zellen konnte die 3-Propyl-Heptansäure identifiziert werden.  

Zitieren

Zitierform:

Volland, Jutta: Embryotoxizität, antikonvulsive Wirkung, Sedierung und Adipogenese. Hannover 2002. Tierärztliche Hochschule.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export