Molecular mechanisms and long term effect of alkylglycerol-mediated blood-brain barrier opening on brain endothelial cells
Final Report Abstract
Die Blut-Hirn Schranke (BHS) begrenzt die Medikamentpenetration ins Gehirn und erschwert so die effektive Behandlung von Krankheiten des Zentralen Nervensystems. Intraarterielle Injektion kurzkettiger Alkylglycerole (AGs) öffnet die BHS bei Nagern in vivo und erhöht den Durchtritt von Molekülen ins Gehirnparenchym. Die in vitro Experimente mit primären Rattenhirnendothelzellen demonstrieren, dass 1-O-Pentylgycerol- und 2-O-Hexyldiglycerol-Behandlung die transendotheliale elektrische Resistenz signifikant erniedrigt und die transendotheliale Permeabilität reversibel und wiederholbar steigert. Dabei bleiben die Zellen vital und eine Änderung der Genexpression ist nur für 2-O-Hexyldiglycerol zu verzeichnen. Die eine extrazelluläre Barriere bildenden Tight Junctions der Hirnendothelzellen werden durch AGs nicht zerstört. Die Proteinmengen der im Western Blot getesteten Tight Junction-Moleküle Claudin5 und Occludin sind unverändert, lediglich das Adherens Junction-Molekül β-Catenin ist minimal erhöht. In der Immunfluoreszenzfärbung zeigt sich eine Umverteilung für β-Catenin von der Plasmamembran. Die Komplexität und Morphologie der Junction- Stränge und die Claudin5-Claudin5 trans-Interaktion zweier benachbarter Zellen bleiben erhalten. Die Inhibition von Calciumkanälen oder Vesikeltransport hat keine Auswirkungen auf den permeabilitätssteigernden Effekt der AGs. Bei Zugabe des WNT-Signalweg-Inhibitors IWP3 wird der permeabilisierende Effekt der AGs reduziert. Gestützt durch Ergebnisse von Vesikel-release Assays und Anisotropiemessung an primären Rattenhirnendothelzellen kann der Wirkmechanismus auf das integrieren von Alkylglycerolen in die Plasmamembran zurückgeführt werden, was die Membran-Fluidität erhöht. Es wäre interessant zu wissen, wie die Memnran an der Kontaktstelle der Claudine verändert wird, wie der WNT-Signalweg auf den Wirkmechanismus der AGs einwirkt und ob der Inhibitor die Umverteilung von β-Catenin nach AG-Behandlung verhindert. Die Frage, ob eine Öffnung der Tight Junctions mit Änderung der Proteinmorphologie einhergeht, kann mit „Nein“ beantwortet werden. Zum jetzigen Zeitpunkt spricht nichts für Nebenwirkungen an den Endothelzellen, wenn AG-vermittelte Öffnung der Blut-Hirn Schranke zur Erhöhung der Medikamentkonzentration im Gehirn eingesetzt wird. Einzig ihre Applikationsweise als Bolusinjektion in die Carotis interna macht sie ungeeignet zur häufigen Behandlung, sondern prädestiniert sie für z.B. eine Tumortherapie.
Publications
- (2013): Acute effects of short-chain alkylglycerols on blood-brain barrier properties of cultured brain endothelial cells. British Journal of Pharmacology 169: 1561–1573
Hülper P, Veszelka S, Walter F R, Wolburg H, Fallier-Becker P, Piontek J, Blasig I E, Lakomek M, Kugler W and Deli M A
(See online at https://doi.org/10.1111/bph.12218) - Influence of short-chain alkylglycerols and hypertonic mannitol on primary brain endothelial monolayer and tight junction, 16th International Symposium on "Signal Transduction in the Blood-Brain Barriers". 11.-15.09.2013
Petra Hülper, Szilvia Veszelka, Fruzsina R Walter, Max Lakomek, Wilfried Kugler, Maria Deli
