T-type calcium channel:from physiological function to therapeutical targeting – Exploring neuronal development

Tämän tutkimuksen tarkoitus oli tutkia T-tyypin kalsiumkanavan toimintaa ja sen mahdollista roolia neuronaalisten kantasolujen migraatiossa. T-tyypin kalsiumkanavan tehtävän kehittyneissä aivoissa tiedetään olevan elektroenkefalografisten oskillaatioiden tuottaminen. Nämä taas ovat eräiden fysiologisten ja patofysiologisten tapahtumien säätelyssä avainasemassa. Tällaisia tapahtumia ovat uni, muisti, oppiminen ja epileptiset poissaolokohtaukset. Näiden lisäksi T-tyypin kalsiumkanavalla on myös periferaalisia vaikutuksia, mutta tämä tutkielma keskittyy sen neuronaalisiin toimintoihin. Tämän matalan jännitteen säätelemän kanavan toiminta neurogeneesin aikana on vähemmän tutkittua ja tunnettua kuin sen vaikutukset kehittyneissä aivoissa. T-tyypin kalsiumkanavan tiedetään edistävän kantasolujen proliferaatiota ja erilaistumista neurogeneesiksen aikana, mutta vaikutukset niiden migraatioon ovat vähemmän tunnetut. Tämä tutkimus näyttää T-tyypin kalsiumkanavan todennäköisesti osallistuvan neuronaaliseen migraatioon hiiren alkion subventrikkeli alueelta eristetyillä kanta- tai progeniittorisoluilla tehdyissä kokeissa. Selektiiviset T-tyypin kalsiumkanavan antagonistit, etosuksimidi, nikkeli ja skorpionitoksiini, kurtoxin hidastivat migraatiota erilaistuvissa progeniittorisoluissa. Tämä tutkimus koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja kokeellisesta osasta. Tämän tutkimuksen toinen tarkoitus oli esitellä vaihtoehtoinen lähestymistapa invasiiviselle kantasoluterapialle, joka vaatii kantasolujen viljelyä ja siirtämistä ihmiseen. Tämä toinen tapa on endogeenisten kantasolujen eiinvasiivinen stimulointi, jolla ne saadaan migratoitumaan kohdekudokseen, erilaistumaan siellä ja tehtävänsä suoritettuaan lopettamaan jakaantumisen. Non-invasiivinen kantasoluterapia on vasta tiensä alussa, ja tarvitsee farmakologista osaamista kehittyäkseen. Joitain onnistuneita ei-invasiivisia hoitoja on jo tehty selkärangan vaurioiden korjaamisessa. Vastaavanlaisia menetelmiä voitaisiin käyttää myös keskushermoston vaurioiden ja neurodegeneratiivisten sairauksien hoidossa. Näiden menetelmien kehittäminen vaatii endogeenisten kantasoluja inhiboivien ja indusoivien mekanismien tuntemista. Yksi tärkeä kantasolujen erilaistumista stimuloiva tekijä on kalsiumioni. Jänniteherkät kalsiumkanavat osallistuvat kaikkiin neurogeneesiksen eri vaiheisiin. T-tyypin kalsiumkanava, joka ekspressoituu suuressa määrin keskushermoston kehityksen alkuvaiheessa ja vähenee neuronaalisen kehityksen edetessä, saattaa olla oleellisessa asemassa progeniittorisolujen ohjaamisessa.

Cyclin dependent protein kinases as drug targets – potential in cardiovascular diseases

Complications of atherosclerosis such as myocardial infarction and stroke are the primary cause of death in Western societies. The development of atherosclerotic lesions is a complex process, including endothelial cell dysfunction, inflammation, extracellular matrix alteration and vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation and migration. Various cell cycle regulatory proteins control VSMC proliferation. Protein kinases called cyclin dependent kinases (CDKs) play a major role in regulation of cell cycle progression. At specific phases of the cell cycle, CDKs pair with cyclins to become catalytically active and phosphorylate numerous substrates contributing to cell cycle progression. CDKs are also regulated by cyclin dependent kinase inhibitors, activating and inhibitory phosphorylation, proteolysis and transcription factors. This tight regulation of cell cycle is essential; thus its deregulation is connected to the development of cancer and other proliferative disorders such as atherosclerosis and restenosis as well as neurodegenerative diseases. Proteins of the cell cycle provide potential and attractive targets for drug development. Consequently, various low molecular weight CDK inhibitors have been identified and are in clinical development. Tylophorine is a phenanthroindolizidine alkaloid, which has been shown to inhibit the growth of several human cancer cell lines. It was used in Ayurvedic medicine to treat inflammatory disorders. The aim of this study was to investigate the effect of tylophorine on human umbilical vein smooth muscle cell (HUVSMC) proliferation, cell cycle progression and the expression of various cell cycle regulatory proteins in order to confirm the findings made with tylophorine in rat cells. We used several methods to determine our hypothesis, including cell proliferation assay, western blot and flow cytometric cell cycle distribution analysis. We demonstrated by cell proliferation assay that tylophorine inhibits HUVSMC proliferation dose-dependently with an IC50 value of 164 nM ± 50. Western blot analysis was used to determine the effect of tylophorine on expression of cell cycle regulatory proteins. Tylophorine downregulates cyclin D1 and p21 expression levels. The results of tylophorine’s effect on phosphorylation sites of p53 were not consistent. More sensitive methods are required in order to completely determine this effect. We used flow cytometric cell cycle analysis to investigate whether tylophorine interferes with cell cycle progression and arrests cells in a specific cell cycle phase. Tylophorine was shown to induce the accumulation of asynchronized HUVSMCs in S phase. Tylophorine has a significant effect on cell cycle, but its role as cell cycle regulator in treatment of vascular proliferative diseases and cancer requires more experiments in vitro and in vivo.

Nikotiinireseptoreiden kautta vaikuttavat lääkeaineet nikotiiniriippuvuuden ja neurologisten sairauksien hoidossa

Neuronaaliset nikotiinireseptorit liittyvät tupakkariippuvuuden lisäksi moniin neurologisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin, skitsofreniaan, masennukseen ja tarkkaavaisuus- ja ylivilkkaushäiriöön. Nikotiinireseptorien stimulaation on tutkimuksissa havaittu parantavan kognitiota. Useat lääkeyritykset tutkivat nikotiinireseptoriagonisteja ja -antagonisteja eri neurologisten sairauksien hoidossa. Ongelmana nikotiinireseptori-agonisteja käytettäessä on reseptorissa tapahtuva desensitisaatio. Tällöin reseptori sulkeutuu, eikä aktivoidu vaikka agonistia olisi tarjolla tai sitoutuneena reseptoriin. Varsinkin alfa7-reseptori desensitoituu hyvin nopeasti agonistialtistuksen seurauksena. Reseptorien desensitoituminen voi kliinisessä käytössä aiheuttaa lääkeaineen tehon menetyksen. Perinteisen agonistin sitoutumiskohdan lisäksi nikotiinireseptorissa sijaitsee myös muita sitoutumiskohtia, joita kutsutaan allosteerisiksi sitoutumispaikoiksi. Tutkimuksissa on havaittu, että eräät allosteerisesti sitoutuvat aineet, kuten PNU-120596, voivat vahvistaa agonistin aikaansaamaa vastetta ja/tai estää reseptorin desensitoitumista. Näitä aineita kutsutaan positiivisiksi allosteerisiksi modulaattoreiksi ja niiden ajatellaan olevan vaihtoehto desensitoitumisen aiheuttamaan tehon menetyksen ongelmaan. Nikotiinireseptorien positiivisten allosteeristen modulaattorien tarkkaa vaikutusta ja sitoutumiskohtaa reseptoriin ei vielä tarkkaan tiedetä. Tutkimuksen aiheena oli karakterisoida positiivisten allosteeristen modulaattoreiden vaikutuksia alfa7-nikotiinireseptoriin. Tutkimuksessa tarkoituksena oli käyttää hyväksi laboratoriossa aiemmin tehtyä havaintoa, jonka mukaan alfa7-nikotiinireseptorin transmembraaniosan aminohappoon tehdyn mutaation L247T seurauksena positiiviset allosteeriset modulaattorit muuttuvat agonisteiksi. Haluttiin selvittää, kuinka agonistin sitoutumiskohtaan kohdennettua mutageneesiä käyttäen tehty mutaatio W149M tai W149F vaikuttavat PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T reseptoriin. Asetyylikoliini toimi konventionaalisen agonistin mallina tutkimuksessa. Tutkimuksen toinen tavoite oli tehdä mutaatio M253Lalfa7-reseptorin transmembraaniosaan. Mutaation on todettu estävän allosteeristen potentiaattoreiden kykyä voimistaa agonistin aikaansaamaa vastetta. Tarkoitus oli tutkia millaisia vaikutuksia M253L-mutaatiolla on allosteerisen potentiaattorin kykyyn toimia agonistina L247T-mutaation sisältävään reseptoriin. Mutatoidun reseptorin mRNA mikroinjektoitiin oosyyttiin ja elektrofysiologian avulla tutkittiin ilmennettyjen reseptorien toimintaa käyttäen kahden elektrodin jännitelukitus -menetelmää. Kaikki suunnitellut mutaatiot saatiin tehtyä onnistuneesti alfa7- ja alfa7L247T-reseptoreihin. Ortosteerisen sitoutumiskohdan mutaatio villin tyypin Į7-reseptorissa vaikutti hyvin voimakkaasti joko asetyylikoliinin sitoutumiseen reseptoriin tai reseptorin toimintaan, sillä asetyylikoliinilla ei reseptorista saatu mitattua vasteita. Myöskään PNU-120596 yksinään ei saanut aikaan vasteita alfa7W149M-reseptorissa. Kaksoismutatoidussa alfa7W149M/L247T-reseptorissa puolestaan havaittiin, että asetyylikoliinin annos-vaste -kuvaaja siirtyi huomattavasti enemmän oikealle kuin PNU-120596:n, kun verrattiin annos-vaste –kuvaajia alfa7L247T ja alfa7W149M/L247T–reseptoreiden välillä. Transmembraaniosan mutaatio M253L ei vaikuttanut PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T-reseptoriin, eikä sillä ollut vaikutusta asetyylikoliinin annosvaste-kuvaajiin. Tutkimus tukee aiempia havaintoja siitä, että positiivisten allosteeristen modulaattoreiden sitoutumiskohta nikotiinireseptorissa sijaitsisi transmembraaniosassa. M253L-mutaation osalta tulokset ovat hieman ristiriidassa aiempien tulosten kanssa. L247T-mutaatio vaikuttaa hyvin voimakkaasti nikotiinireseptorin toimintaan sekä sijaitsee aminohapon M253 läheisyydessä. On mahdollista, että se peittää M253L-mutaation vaikutuksen. Toisaalta voi olla, että M253 on aminohappo, joka vaikuttaa vain reseptorivasteiden voimistumiseen eikä allosteeristen potentiaattoreiden sitoutumiseen.

A new method for modulating the activity of parvalbumin-positive neurons and cerebellar Purkinje cells in vivo

Neurons can be divided into various classes according to their location, morphology, neurochemical identity and electrical properties. They form complex interconnected networks with precise roles for each cell type. GABAergic neurons expressing the calcium-binding protein parvalbumin (Pv) are mainly interneurons, which serve a coordinating function. Pv-cells modulate the activity of principal cells with high temporal precision. Abnormalities of Pv-interneuron activity in cortical areas have been linked to neuropsychiatric illnesses such as schizophrenia. Cerebellar Purkinje cells are known to be central to motor learning. They are the sole output from the layered cerebellar cortex to deep cerebellar nuclei. There are still many open questions about the precise role of Pv-neurons and Purkinje cells, many of which could be answered if one could achieve rapid, reversible cell-type specific modulation of the activity of these neurons and observe the subsequent changes at the whole-animal level. The aim of these studies was to develop a novel method for the modulation of Pv-neurons and Purkinje cells in vivo and to use this method to investigate the significance of inhibition in these neuronal types with a variety of behavioral experiments in addition to tissue autoradiography, electrophysiology and immunohistochemistry. The GABA(A) receptor γ2 subunit was ablated from Pv-neurons and Purkinje cells in four separate mouse lines. Pv-Δγ2 mice had wide-ranging behavioral alterations and increased GABA-insensitive binding indicative of an altered GABA(A) receptor composition, particularly in midbrain areas. PC-Δγ2 mice experienced little or no motor impairment despite the lack of inhibition in Purkinje cells. In Pv-Δγ2-partial rescue mice, a reversal of motor and cognitive deficits was observed in addition to restoration of the wild-type γ2F77 subunit to the reticular nucleus of thalamus and the cerebellar molecular layer. In PC-Δγ2-swap mice, zolpidem sensitivity was restored to Purkinje cells and the administration of systemic zolpidem evoked a transient motor impairment. On the basis of these results, it is concluded that this new method of cell-type specific modulation is a feasible way to modulate the activity of selected neuronal types. The importance of Purkinje cells to motor control supports previous studies, and the crucial involvement of Pv-neurons in a range of behavioral modalities is confirmed.

Tumorigenesis in celiac disease

Celiac disease is life-long autoimmune disorder of the small intestine, which is caused by a reaction to gliadin found in wheat, rye and barley in genetically predisposed individuals. Proline- and glutamine -rich proteins cause villous atrophy and crypt hyperplasia with extensive inflammation in the epithelium and lamina propria. Symptoms of celiac disease vary considerably and elimination of gluten from diet is the only way to treat disease. In small intestine of celiac disease patient transglutaminase 2 (TG2) modifies gluten peptides, which causes T-cell activation and inflammation in the epithelium of mucosa. T-cell activation induces development of celiac disease specific antibodies. These celiac disease specific antibodies recognise TG2 and interfere in vitro and in vivo in angiogenesis. Abnormal angiogenesis is typical in many disorders, such in cancer, in which TG2 has a crucial role in the development and growth of tumor. Overexpression of TG2 has been shown to correlate with accelerated growth of tumor. TG2-specific antibodies are suggested to inhibit differentation of epithelial cell, increase their proliferation, decrease their barrier-function and increase the permeability of blood vessels. The aims of the pilot study were to establish whether celiac disease TG2 antibodies affect in vivo tumorigenesis and tumorangiogenesis as well as to try to clarify the mechanism behind the phenomenon. Tumor xenograft model was used in severe combined immunodeficient (SCID) mice. Human oesophageal carcinoma (OE-19) cancer cells were incubated with celiacs TG2 miniautoantibody (mini 2.8), non-celiac miniautoantibody (mini 6.2) or PBS before cancer cells were injected to mice subcutaneously. During the experiment mice were weighted and tumor size was measured couple of times per week. To estimate the volumes of tumors the following formula was used: π/6 * L* W* H. Experiment lasted for four weeks after which the mice were euthanized, cardiac blood and tissue samples taken and tumours were excised and weighted. Sections were made from tumors and immunohistochemical stainings were done to compare blood vessel areas and to study general tumors´morphology and other parameters. Western blot -analyse were performed to cancer cells. The masses and volumes were clearly smaller in mini 2.8-group compared to control groups and the necrotic area of tumor in mini 2.8 was smallest as percentage compared to control groups. Blood vessel area were smallest in mini 2.8 group. Results suggest that celiac disease anti-TG2-autoantibodies inhibit tumor growth, but the number of animals is insufficient to give an accurate outcome.

Kirjallisuusosa: Alzheimerin taudin rottamallien vastaavuus tautiin ihmisessä ja mallien käyttökelpoisuus

Kirjallisuusosa: Alzheimerin taudin hoitoon olisi tarvetta uusille taudinkulkuun vaikuttaville lääkeaineille. Niiden kehittämiseksi tarvitaan eläinmalleja, joissa esiintyy taudin patofysiologisia piirteitä. Rottamalleista vanhemmat skopolamiini- tai MK-801-häirintä sekä ikääntyneiden rottien käyttö eivät kovin hyvin vastaa taudin patofysiologiaa, vaikka niissä eläimen muisti käyttäytymiskokeissa onkin heikentynyt. Uudemmat transgeeniset rottamallit ja mallit, joissa annetaan Aβ:a aivoihin, ilmentävät huomattavasti paremmin Alzheimerin taudin kaltaista tilaa aivoissa ainakin Aβ:n osalta. Taupatofysiologiaa ei silti kummassakaan näistä malleista juuri esiinny. Toisaalta Aβ:lla näyttäisi olevan huomattavasti tau:ta suurempi rooli taudissa, joten sen ilmeneminen mallissa onkin keskeisempi tekijä. Nämä mallit ilmentävät melko suurelti osin yhtä hyvin Alzheimerin taudin patofysiologiaa. Aβ:n antaminen on hieman yksinkertaisempi suorittaa käytännössä, sillä siinä ei tarvitse luoda transgeenista kantaa. Toisaalta transgeenisessa mallissa Aβ-patofysiologia syntyy enemmän Alzheimerin taudin kaltaisesti solujen sisällä eikä valmiita aggregoituvia Aβ-peptidejä anneta ulkopuolelta aivoihin. Molemmat mallit ovat kuitenkin käyttökelpoisia, ja soveltuvat erityisesti Aβ:an vaikuttavien lääkeaineiden kehittämiseen. Kokeellinen osa: Kokeen tarkoituksena oli validoida kohotettu ristikko-sokkelo (elevated plus-maze, EPM) hiirillä kognitiomallina. Kokeessa käytettiin kahden koekerran (trial, T) menetelmää, jossa koekertojen pituus oli viisi minuuttia. Näin saatiin useita oppimista kuvaavia parametreja. Hiirille yritettiin saada muistihäiriö aikaviiveen avulla (koekertojen väli 1-18 vrk) tai antamalla muskariinireseptoriantagonistia skopolamiinia (0,1-0,8 mg/kg i.p.) 30 minuuttia ennen T1:tä. Nämä kokeet suoritettiin sekä C57BL/6J- että ICR:(CD-1)-hiirillä. Aikaviivekokeissa ainut ryhmä, jolla oli viitettä unohtamisesta, oli ICR:(CD-1)-hiirien 18 vrk:n ryhmä. Tämän perusteella tutkittiin vielä 21 vuorokauden aikaväli, mutta selvää muistihäiriötä ei esiintynyt. Skopolamiini ei häirinnyt muistia ICR:(CD-1)-hiirillä, mutta C57BL/6J-hiirillä 0,2 mg/kg:n annoksesta ylöspäin merkitsevä muistihäiriö esiintyi. Näin ollen jatkokokeissa käytettäväksi valittiin skopolamiinin annos 0,2 mg/kg C57BL/6J-hiirillä, ja siinä tutkittiin donepetsiilin (0,3, 0,8 ja 1,5 mg/kg s.c), memantiinin (5,0 ja 10,0 mg/kg s.c) ja kokeellisen 5-HT6-antagonistin SB742457:n (1,5 ja 6,0 mg/kg s.c) muistia parantavia vaikutuksia. Tutkittavat lääkeaineet annettiin 40 minuuttia ennen T1:tä ja skopolamiini 30 minuuttia ennen. Memantiinilla (5,0 mg/kg) oli selkeä skopolamiinin heikentämää kognitiota parantava vaikutus ja donepetsiilillakin (1,5 mg/kg) suuntaus tähän. Tulosten perusteella malli näyttäisi soveltuvan muisti- ja oppimisvaikutusten tutkimiseen käytettäväksi malliksi.

Koksibien käyttö eläinten kipulääkinnässä - kirjallisuuskatsaus

Koksibit ovat tulehduskipulääkkeitä, jotka estävät enemmän syklo-oksygenaasi 2:sta (COX-2) kuin syklooksygenaasi 1:stä (COX-1). Syklo-oksygenaasientsyymistä tunnetaan kolme isoentsyymiä, COX-1, COX-2 ja COX-3. COX-1 on rakenteellinen, jota esiintyy mm. endoteeleillä, verihiutaleissa ja munuaisissa. Sen tuottamat prostanoidit huolehtivat monista fysiologisista toiminnoista, kuten verihiutaleiden aggregaatiosta, mahan limakalvon suojaamisesta sekä munuaisten verenkierrosta. COX- 2 on pääosin tulehdustiloissa ja neoplasioissa indusoituva, mutta sitä on myös rakenteellisena etenkin munuaisissa, suolistossa, keskushermostossa ja lisääntymiselimissä. Tulehdustiloissa ja vaurioissa COX-2:n aktivoituessa syntyvät prostaglandiinit mm. herkistävät vapaita hermopäätteitä kivulle ja lisäävät vaurioalueen verenkiertoa, mikä näkyy ja tuntuu punoituksena ja kuumotuksena. COX-3:n koodaama proteiini poikkeaa paljon COX-1:n ja COX-2:n proteiineista, eikä sillä näyttäisi olevan syklooksygenaasiaktiivisuutta. COX-1:n ja COX-2:n rakenteellisten erojen ansiosta on pystytty kehittämään COX-2 selektiivisempiä tulehduskipulääkkeitä eli koksibeja. Alussa uskottiin, että COX-1:n säästymisen vuoksi koksibit aiheuttaisivat vähemmän sivuvaikutuksia ja niiden kipua lievittävä vaikutus olisi parempi kuin perinteisillä tulehduskipulääkkeillä. Ruuansulatuskanavan osalta koksibit ovatkin turvallisempia kuin ei-selektiiviset tulehduskipulääkkeet, mutta COX-2:n rakenteellisen ilmentymisen johdosta etenkin munuaisiin ja maksaan kohdistuvia sivuvaikutuksia esiintyy edelleen. Ihmisillä todettuja verenkierto-elimistöön kohdistuvia sivuvaikutuksia ei ole kuitenkaan tavattu eläimillä. Koksibeja alkoi tulla markkinoille eläimille 2000-luvun puolivälissä. Tätä kirjoittaessa Euroopassa firokoksibista on myyntiluvallinen valmiste koirille ja hevosille, robenakoksibista koirille ja kissoille ja mavakoksibista koirille. Kaikilla näillä on käyttöindikaatio nivelrikkoon liittyvän kivun ja tulehduksen hoitoon. Lisäksi firokoksibia ja robenakoksibia saa käyttää ortopedisen tai pehmytosakirurgisen toimenpiteen jälkeisen kivun ja tulehduksen lievittämiseen. Oikeilla hoitoannoksilla ja hoitoajoilla annettuna kaikki nämä ovat tehokkaita ja turvallisia kipulääkkeitä eläimille. Koksibeja ei suositella potilaille, joilla on munuaisten, maksan tai sydämen vajaatoiminta, sillä koksibit voivat heikentää näiden toimintaa edelleen. Käyttöä ei myöskään suositella potilaille, jotka kärsivät alhaisesta verenpaineesta tai veritilavuudesta tai saavat nesteenpoistolääkkeitä, koska tällöin riski munuaisvaurioille kasvaa. Koksibeja ei saa käyttää potilailla, joilla on ruuansulatuskanavan haavauma tai ruuansulatuskanavaan liittyviä oireita, eikä niitä saa käyttää yhdessä muiden tulehduskipu-lääkkeiden tai kortikosteroidien kanssa, koska yhdessä ne lisäävät riskiä ruuansulatuskanavan haavaumille. Lisätutkimuksia koksibeista kuitenkin vielä kaivattaisiin. Etenkin mavakoksibi aiheuttaa paljon kysymyksiä turvallisuudesta pitkän puoliintumisaikansa johdosta. Myös firokoksibin tehoa ja turvallisuutta ähkyhevosilla tulisi tutkia lisää. Alustavien tutkimusten perusteella firokoksibi saattaisi olla jopa fluniksiinimeglumiinia parempi vaihtoehto etenkin ohutsuoliperäisten ähkyjen hoitoon, sillä firokoksibi ei näyttäisi hidastavan ohutsuolen limakalvovaurion paranemista kuten fluniksiinimeglumiini.

Effects of gender, and SLCO1B1 and CYP7A1 polymorphisms on plasma bile acids in humans and the pharmacokinetics of therapeutic ursodeoxycholic acid

Bile acids are important steroid-derived molecules essential for fat absorption in the small intestine. They are produced in the liver and secreted into the bile. Bile acids are transported by bile flow to the small intestine, where they aid the digestion of lipids. Most bile acids are reabsorbed in the small intestine and return to the liver through the portal vein. The whole recycling process is referred to as the enterohepatic circulation, during which only a small amount of bile acids are removed from the body via faeces. The enterohepatic circulation of bile acids involves the delicate coordination of a number of bile acid transporters expressed in the liver and the small intestine. Organic anion transporting polypeptide 1B1 (OATP1B1), encoded by the solute carrier organic anion transporter family, member 1B1 (SLCO1B1) gene, mediates the sodium independent hepatocellular uptake of bile acids. Two common SNPs in the SLCO1B1 gene are well known to affect the transport activity of OATP1B1. Moreover, bile acid synthesis is an important elimination route for cholesterol. Cholesterol 7α-hydroxylase (CYP7A1) is the rate-limiting enzyme of bile acid production. The aim of this thesis was to investigate the effects of SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual endogenous bile acids and a bile acid synthesis marker, and the pharmacokinetics of exogenously administered ursodeoxycholic acid (UDCA). Furthermore, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender on the fasting plasma concentrations of individual endogenous bile acids and the bile acid synthesis marker were evaluated. Firstly, a high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) method for the determination of bile acids was developed (Study I). A retrospective study examined the effects of SLCO1B1 genetic polymorphism on the fasting plasma concentrations of individual bile acids and a bile acid synthesis marker in 65 healthy subjects (Study II). In another retrospective study with 143 healthy individuals, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender as well as SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual bile acids and the bile acid synthesis marker were investigated (Study III). The effects of SLCO1B1 polymorphism on the pharmacokinetics of exogenously administered UDCA were evaluated in a prospective genotype panel study including 27 healthy volunteers (Study IV). A robust, sensitive and simple HPLC-MS/MS method was developed for the simultaneous determination of 16 individual bile acids in human plasma. The method validation parameters for all the analytes met the requirements of the FDA (Food and Drug Administration) bioanalytical guidelines. This HPLC-MS/MS method was applied in Studies II-IV. In Study II, the fasting plasma concentrations of several bile acids and the bile acid synthesis marker seemed to be affected by SLCO1B1 genetic polymorphism, but these findings were not replicated in Study III with a larger sample size. Moreover, SLCO1B1 polymorphism had no effect on the pharmacokinetic parameters of exogenously administered UDCA. Furthermore, no consistent association was observed between CYP7A1 genetic polymorphism and the fasting plasma concentrations of individual bile acids or the bile acid synthesis marker. In contrast, gender had a major effect on the fasting plasma concentrations of several bile acids and also total bile acids. In conclusion, gender, but not SLCO1B1 or CYP7A1 polymorphisms, has a major effect on the fasting plasma concentrations of individual bile acids. Moreover, the common genetic polymorphism of CYP7A1 is unlikely to influence the activity of CYP7A1 under normal physiological conditions. OATP1B1 does not play an important role in the in vivo disposition of exogenously administered UDCA.

Mechanism-based inhibition of CYP2C8 by gemfibrozil in humans : characterisation of time and dose relationships

Drug-drug interactions may cause serious, even fatal clinical consequences. Therefore, it is important to examine the interaction potential of new chemical entities early in drug development. Mechanism-based inhibition is a pharmacokinetic interaction type, which causes irreversible loss of enzyme activity and can therefore lead to unusually profound and long-lasting consequences. The in vitro in vivo extrapolation (IVIVE) of drug-drug interactions caused by mechanism-based inhibition is challenging. Consequently, many of these interactions have remained unrecognised for many years. The concomitant use of the fibrate-class lipid-lowering agent gemfibrozil increases the concentrations of some drugs and their effects markedly. Even fatal cases of rhabdomyolysis occurred in patients administering gemfibrozil and cerivastatin concomitantly. One of the main mechanisms behind this effect is the mechanism-based inhibition of the cytochrome P450 (CYP) 2C8 enzyme by a glucuronide metabolite of gemfibrozil leading to increased cerivastatin concentrations. Although the clinical use of gemfibrozil has clearly decreased during recent years, gemfibrozil is still needed in some special cases. To enable safe use of gemfibrozil concomitantly with other drugs, information concerning the time and dose relationships of CYP2C8 inhibition by gemfibrozil should be known. This work was carried out as four in vivo clinical drug-drug interaction studies to examine the time and dose relationships of the mechanism-based inhibitory effect of gemfibrozil on CYP2C8. The oral antidiabetic drug repaglinide was used as a probe drug for measuring CYP2C8 activity in healthy volunteers. In this work, mechanism-based inhibition of the CYP2C8 enzyme by gemfibrozil was found to occur rapidly in humans. The inhibitory effect developed to its maximum already when repaglinide was given 1-3 h after gemfibrozil intake. In addition, the inhibition was shown to abate slowly. A full recovery of CYP2C8 activity, as measured by repaglinide metabolism, was achieved 96 h after cessation of gemfibrozil treatment. The dose-dependency of the mechanism-based inhibition of CYP2C8 by gemfibrozil was shown for the first time in this work. CYP2C8 activity was halved by a single 30 mg dose of gemfibrozil or by twice daily administration of less than 30 mg of gemfibrozil. Furthermore, CYP2C8 activity was decreased over 90% by a single dose of 900 mg gemfibrozil or twice daily dosing of approximately 100 mg gemfibrozil. In addition, with the application of physiological models to the data obtained in the dose-dependency studies, the major role of mechanism-based inhibition of CYP2C8 in the interaction between gemfibrozil and repaglinide was confirmed. The results of this work enhance the proper use of gemfibrozil and the safety of patients. The information related to time-dependency of CYP2C8 inhibition by gemfibrozil may also give new insights in order to improve the IVIVE of the drug-drug interactions of new chemical entities. The information obtained by this work may be utilised also in the design of clinical drug-drug interaction studies in the future.

Kyynpurema koiralla, kirjallisuuskatsaus ja Yliopistollisen Eläinsairaalan potilasaineistoa vuosilta 2007 - 2008

Kyykäärme (Vipera berus) on Suomen ainoa myrkkykäärme, ja sitä esiintyy lähes koko maassa Pohjois-Lappia lukuun ottamatta. Kyy on yleensä helposti tunnistettavissa selän tummasta sahalaitakuviosta. Käärme ei ole perusluonteeltaan hyökkäävä, vaan pyrkii ensisijaisesti pakenemaan. Koira kuitenkin pääsee monesti yllättämään kyyn ennen kuin käärme ehtii paeta, jolloin se puolustautuessaan saattaa purra rajusti. Kaikki puremat eivät sisällä myrkkyä, vaan noin kolmasosa puremista on ns. kuivapuremia. Kyynpuremia raportoidaan eniten maalis- ja lokakuun välisenä aikana. Kyynpuremasta aiheutuvat oireet ovat koiralla vaihtelevia, ja eläimen voinnin kehittymisen ennustaminen ensioireiden perusteella on vaikeaa. Oireet vaihtelevat paikallisesta turvotuksesta henkeä uhkaavaan monielinvaurioon. Koiralla kuolleisuuden on raportoitu olevan 3,5 – 4 %. Kyynmyrkyn koostumusta ei vielä tarkalleen tunneta, mutta sen pääkomponentin muodostavat suurimolekyyliset proteiinit ja polypeptidit, joista osalla on entsymaattista aktiivisuutta. Lisäksi osalla myrkyn komponenteista vaikuttaisi olevan suoraa toksista vaikutusta kohdekudokseen, esimerkiksi munuaisiin. Keskeisintä kyynpureman patofysiologiassa on myrkyn sytotoksisen komponentin ja proteolyyttisten entsyymien aiheuttama verisuonten endoteelivaurio, jonka seurauksena suonet alkavat vuotaa. Kehittyvä voimakas kudosturvotus on kyynpureman tyypillisin oire, ja se ilmaantuu aina kahden tunnin sisällä puremasta, mikäli purema on sisältänyt myrkkyä. Nesteiden siirtyminen verisuoniston ulkopuolelle johtaa nopeasti hypovolemiaan ja shokkiin. Tärkeiden sisäelinten verenkierto heikkenee, jolloin solut kärsivät hapen ja ravinteiden puutteesta. Myrkky stimuloi myös sytokiinien tuotantoa ja vapautumista elimistöstä. Näiden farmakologisesti aktiivisten aineiden vapautuminen pahentaa systeemioireita, aiheuttaa lihasspasmeja ja on pääasiallisesti kyynpuremasta aiheutuvan voimakkaan kivun taustalla. Kyynmyrkyn sisältämät vieraat proteiinit voivat aiheuttaa myös anafylaktisen reaktion. Tutkimusosan aineisto koostuu 12 koirasta, joita hoidettiin kyynpureman takia Yliopistollisen Eläinsairaalan teho-osastolla vuosina 2007 – 2008. Koirista 10 toipui kotiutuskuntoon ja kaksi jouduttiin lopettamaan komplikaatioiden takia. Tutkimuksessa tarkasteltiin potilaiden virtsa- ja seeruminäytteistä määritettyjä munuaisten toimintaa kuvaavia laboratorioarvoja ja verrattiin lopetettujen koirien arvoja selvinneiden koirien vastaaviin. Tarkoituksena oli selvittää, onko selvinneiden ja lopetettujen välillä havaittavissa eroja, ja että onko tiettyjen laboratoriomääritysten perusteella mahdollista sanoa jotakin potilaan selviytymisennusteesta. Tuloksissa todettiin eroja selvinneiden ja lopetettujen koirien välillä. Virtsasta mitatut munuaisten solutuhoa kuvaavat entsyymiaktiivisuudet (AFOS/C ja GGT/C) sekä virtsan proteiinit kreatiniiniin suhteutettuna olivat lopetetulla selvästi korkeammat kuin selvinneillä koirilla. Myös seeruminäytteissä todettiin eroja. Tulosten perusteella vaikuttaakin siltä, että lopetetuilla koirilla vauriot munuaisissa olivat pahemmat kuin selvinneillä koirilla. Tutkimuksen aineisto oli kuitenkin niin pieni, että tuloksia voidaan pitää ainoastaan suuntaa antavina.

Sydämen hypertrofian ja kroonisen vajaatoiminnan farmakologinen hoito

Sydämen krooninen vajaatoiminta on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma. Se on erilaisten sydän- ja verisuonisairauksien aiheuttama monimuotoinen oireyhtymä. Sydämen vasemman kammion hypertrofia eli sydämen seinämien paksuuntuminen on yksi keskeinen tekijä, joka voi olla sydämen vajaatoiminnan taustalla. Kohonnut verenpaine on yleisin syy, joka johtaa sydänlihaksen paksuuntumiseen. Tämä johtaa sydämen pumppaustoiminnan häiriintymiseen, erilaisten neurohormonaalisten mekanismien aktivaatioon ja edelleen sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminnan neurohormonaalisista mekanismeista tärkeimmät ovat reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmän ja sympaattisen hermoston aktivaatio, sydämen rakenteiden uudelleenmuovautuminen, sydänlihassolujen apoptoosi ja systeeminen tulehdustila. Sydämen hypertrofiaa ja sen syntymistä pyritään estämään kohonneen verenpaineen lääkehoidolla. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmällä on keskeinen merkitys sydämen vajaatoiminnassa. Sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavista lääkeaineista angiotensiinikonvertasin estäjät (ACEestäjät) ovat säilyttäneet johtoasemansa jo vuosikymmenten ajan. Angiotensiinireseptoreiden salpaajien (AT1-salpaajien) odotettiin syrjäyttävän ACE-estäjät sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta toistaiseksi niitä pidetään vain vaihtoehtoisina lääkkeinä. Sympaattisen hermoston aktivaatiota vähentävät β-salpaajat ovat vakiinnuttaneet asemansa toiseksi tärkeimpänä lääkeryhmänä. Diureetit ovat paljon käytetty lääkeaineryhmä sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta niistä ainoastaan aldosteroniantagonisteilla on tutkitusti ennustetta parantavaa vaikutusta. Kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käytetään edelleen myös digoksiinia. Tulevaisuudessa sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavia lääkeaineita voivat olla reniinin estäjät, neutraaliendopeptidaasin estäjät, vasopressiinin antagonistit tai inflammatroisiin sytokiineihin vaikuttavat molekyylit. Erikoistyön kokeellisessa osiossa tarkoituksena oli tutkia sydämen hypertrofian kehittymistä vatsa-aortta kuristetuilla rotilla ja kalsiumherkistäjä levosimendaanin sekä AT1-salpaaja valsartaanin vaikutuksia hypertrofian kehittymiseen. Kokeellisessa osiossa arvioitiin myös sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan jyrsijämallina käytetyn vatsa-aortan kuristuksen (koarktaation) toimivuutta ja vaikutuksia ultraäänen avulla määritettyihin kardiovaskulaarisiin parametreihin. Vatsa-aortta kuristettiin munuaisvaltimoiden yläpuolelta. Kuristus saa aikaan verenpaineen kohoamisen ja sydämen työtaakan lisääntymisen. Pitkittyessään tila johtaa sydänlihaksen hypertrofiaan ja vajaatoimintaan. 64 eläintä jaettiin ryhmiin, siten että jokaiseen ryhmään tuli kahdeksan eläintä. Ryhmistä kolmelle annettiin lääkeaineena levosimendaania kolmella eri päiväannoksella (0,01 mg/kg; 0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg) ja kolmelle valsartaania kolmella eri päiväannoksella (0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg; 10,00 mg/kg) juomaveden mukana. Lääkitys aloitettiin leikkauksen jälkeen ja jatkettiin kahdeksan viikon ajan. Kardiovaskulaariset parametrit, kuten isovolumetrinen relaksaatioaika (IVRT), vasemman kammion läpimitta systolessa ja diastolessa sekä seinämäpaksuudet, ejektiofraktio (EF), supistuvuusosuus (FS), minuuttitilavuus (CO) ja iskutilavuus (SV) määritettiin kahdeksan viikon kuluttua leikkauksesta ultraäänitutkimuksen avulla. Lisäksi määritettiin eläinten sydämen paino suhteessa ruumiin painoon. Tuloksia verrattiin ilman lääkehoitoa olleeseen koarktaatioryhmään. Eläinmallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla koarktaatioryhmän tuloksia sham-operoidun ryhmän tuloksiin. Levosimendaanilla havaittiin työssä sydämen systolista toimintaa parantava vaikutus. Tämä näkyi tendenssinä parantaa ejektiofraktioita ja vasemman kammion supistuvuusosuuksia. Sydämen diastoliseen toimintaan ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Diastolista toimintaa arvioitiin isovolumetrisen relaksaatioajan muutoksilla. Sydämen hypertrofian kehittymiseen ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Eläinmallin todettiin mallintavan hyvin sydämen hypetrofiaa ihmisellä, mutta ei niinkään sydämen vajaatoimintaa.

Hypertension, kardiotoxicitet och njursvikt i samband med tyrosinkinashämmaren sunitinib

Nybildning av blodkärl från tidigare existerande kärl, angiogenes, är ett väsentligt skede vid tumörtillväxt. Denna process regleras av bland annat tillväxtfaktorer, var av den vaskulära endoteliala tillväxtfaktorn har en central roll. Hämning av angiogenes kan ske antingen extracellulärt med hjälp av humaniserade monoklonala antikroppar eller intracellulärt med hjälp av småmolekylära hämmaren. Sunitinib är en småmolekylär multikinashämmare och inhiberar flera tyrosinkinasreceptorer som påverkar tumörtillväxten och metastasutvecklingen vid cancer. Sunitinibs främsta indikationer är gastrointestinala stromacellstumörer, metastaserad njurcellscancer och neuroendokrina tumörer i bukspottskörteln. Behandling med tyrosinkinashämmare orsakar biverkningar som hypertension, kardiotoxicitet och njursvikt, vilka antas bero på de hämmande effekterna på mål som inte är väsentliga för anti-cancer-aktiviteten (”off-target” biverkningar). Bland annat AMP-aktiverat proteinkinas (AMPK), ett kinas som upprätthåller metabolisk homeostas i hjärtat, inhiberas av sunitinib och antas framkalla kardiovaskulära biverkningar. För att reducera ”off-target” biverkningar strävar man till att hitta alternativ som minskar de skadliga effekterna utan att den terapeutiska aktiviteten försvagas. Bland annat ett begränsat kaloriintag har uppvisat skyddande effekt på hjärtat via mekanismer sammankopplade till ökad resistens mot oxidativ stress, inflammation och mitokondriell dysfunktion, samt avtagande apoptos och autofagi. Detta sker delvis genom aktivering av enzymet Sirt1. Syftet med den här studien var att undersöka ifall kaloribegränsning skyddar mot kardiovaskulära och renala biverkningar inducerade av sunitinib hos råttor. Dessutom studerades vilka signalkedjor i cellen som medverkar. I studien användes 40 spontant hypertensiva råttor samt 10 normotensiva Wistar-Kyoto råttor. Försöksdjuren delades in i fem grupper beroende på behandling; I WKY kontroll, II SHR kontroll, III SHR + kaloribegränsning 70 %, IV SHR + sunitinib 3 mg/kg och V SHR + sunitinib 3 mg/kg + kaloribegränsning 70 %. Behandlingsperioden var åtta veckor. Blodtrycket mättes varje vecka med svansmanchett, urinutsöndringen undersöktes vecka 4 och vecka 8 med metabolismburar, ultraljudsundersökning av hjärtat utfördes sista veckan och blodkärlens respons till acetylkolin och natriumnitroprussid studerades i samband med avlivning. Proteinerna Sirt1 och AMPK analyserades i hjärtat med Western blotting samt förekomsten av makrofagmarkören ED1 i njurarna med immunhistokemi. Studien visade att sunitinibdosen 3 mg/kg är mycket väl tolererbar hos råttor eftersom sunitinib inte orsakade högre blodtryck, kraftigare hypertrofi eller mer omfattande njurskada jämfört med obehandlade SHR- grupper. Utgående från resultaten kan man också konstatera att kaloribegränsningen har positiva kardiovaskulära effekter.

Importance of COMT in the regulation of prefrontal dopamine

The prefrontal cortex (PFC), located in the anterior region of the frontal lobe, is considered to have several key roles in higher cognitive and executive functions. In general, the PFC can be seen as a coordinator of thought and action allowing subjects to behave in a goal-directed manner. Due to its anatomical connections with a variety of cortical and subcortical structures, several neurotransmitters, including dopamine, are involved in the regulation of PFC activity. In general, the majority of released dopamine is cleared by the dopamine transporter (DAT). In the PFC however, the number of presynaptic DAT is diminished, emphasizing the relative importance of catechol-O-methyltransferase (COMT) in dopamine metabolism. As a result, the role of COMT in the etiology of psychotic disorders is under constant debate. The present study investigated the role of COMT in prefrontal cortical dopamine metabolism by different neurochemical methods in COMT knockout (COMT-KO) mice. Pharmacological tools to inhibit other dopamine clearing mechanisms were also used for a more comprehensive and collective picture. In addition, this study investigated how a lack of the soluble (S-) COMT isoform affects the total COMT activity as well as the pharmacokinetics of orally administered L-dopa using mutant mice expressing only the membrane-bound (MB-) COMT isoform. Also the role of COMT in striatal and accumbal dopamine turnover during Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) challenge was studied. We found markedly increased basal dopamine concentrations in the PFC, but not the striatum or nucleus accumbens (NAcc), of mice lacking COMT. Pharmacological inhibition of the noradrenaline transporter (NET) and monoamine oxidase (MAO) elevated prefrontal cortical dopamine levels several-fold, whereas inhibition of DAT did not. The lack of COMT doubled the dopamine raising effects of NET and MAO inhibition. No compensatory expression of either DAT or NET was found in the COMT-KO mice. The lack of S-COMT decreased the total COMT activity by 50-70 % and modified dopamine transmission and the pharmacokinetics of exogenous Ldopa in a sex and tissue specific manner. Finally, we found that subsequent tolcapone and THC increased dopamine levels in the NAcc, but not in the striatum. Conclusively, this study presents neurochemical evidence for the important role of COMT in the PFC and shows that COMT is responsible for about half of prefrontal cortical dopamine metabolism. This study also highlights the previously underestimated proportional role of MB-COMT and supports the clinical evidence of a gene x environment interaction between COMT and cannabis.

Desarrollo de un sistema de genotipado para la aplicación en el "trastorno por déficit de atención con hiperactividad" y su farmacogenética

372 p. : il., graf.

Caracterización de las proteínas del complejo SNARE en esquizofrenia y su tratamiento

248 p.