Funktionelle Charakterisierung des Protonen-Organische-Kationen-Antiporters und Identifizierung des diesen Transporter kodierenden Gens

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Brockmöller, seit 8/2021
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461080000

Viele medizinisch wichtige Medikamente und andere Substanzen sind relativ hydrophil und bei typischen physiologischen pH-Werten positiv geladen. Derartige organische Kationen können biologische Membranen nur schwer vermittels passiver Diffusion durchdringen, zum Beispiel bei der Absorption aus dem Darm oder beim Übertritt über die Blut-Hirn-Schranke. Zu diesen organischen Kationen gehören Medikamente wie Clonidin, Diphenhydramin, Varenicline und Oxycodon und Suchtstoffe wie Nikotin und Cocain. Man weiß, dass diese Substanzen über einen so genannten Protonen-Organische-Kationen (H+/OC) Antiporter transportiert werden. Jedoch ist bis heute das Gen für diesen Transporter noch nicht identifiziert. Wahrscheinlich ist allerdings, dass dieser Transporter zu SLC-Superfamilie gehört, der mehr als 450 Gene angehören.Gegenwärtig wird auf einen Transport über den H+/OC-Antiporter geschlossen, wenn Konzentrationsabhängigkeit, pH-Abhängigkeit, fehlende Natrium-Abhängigkeit und Inhibition z.B. mit Imipramin vorliegen. Und typischerweise wird einbezogen, dass Substrate des H+/OC-Antiporters nicht von anderen bekannten organischen Kationentransportern wie OCT1-3, OCTN1-2, MATE1-2K, oder PMAT transportiert werden.Hier möchten wir umfassend das Substratspektrum des H+/OC-Antiporters charakterisieren mittels zellbasierter Transportmessungen und bioinformatischer Methoden; gegenwärtig kennt man erst weniger als 50 Substrate des H+/OC-Antiporters. Ferner möchten wir das Gen identifizieren, das den H+/OC-Antiporter kodiert sowie dessen Gewebeexpression und Genregulation weiter charakterisieren. Zur Identifizierung des Gens sollen unterschiedliche Vorgehensweisen beitragen. Einerseits systematische funktionelle Messungen von wahrscheinlichen Kandidatengenen (einschließlich noch nicht gut charakterisierter „orphan“ Transporter) in Kombination mit Expressionsmessungen. Andererseits soll (Photo)-Affinitätsmarkierung mit Proteom-Analysen der markierten Peptide verwendet werden.Die Kenntnis des Gens, das den H+/OC-Antiporter kodiert, ist wissenschaftlich und medizinisch höchst interessant, denn dies könnte zu einem besseren Verständnis der Absorption, Verteilung und Elimination von Substanzen führen. Die bekannte hohe Aktivität des H+/OC-Antiportes in Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke unterstreicht die Bedeutung dieses Transporters und dürfte also sowohl für therapeutische als auch für toxische Effekte vieler Substanzen im Hirn relevant sein. Die Identifizierung des Gens könnte auch zum besseren Verständnis und zur besseren Einordnung von Arzneimittel-Wechselwirkungen an der Blut-Hirn-Schranke und anderen Barrieren im Körper führen. Schließlich könnte die Kenntnis des Gens ermöglichen, mittels molekulargenetischer Analysen die immense pharmakokinetische Variabilität einiger H+/OC-Antiporter-Substrate besser zu verstehen. Somit könnte die Kenntnis des Gens wichtige Beiträge liefern sowohl für die Arzneimittelentwicklung als auch für die klinische Arzneitherapie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Salim Ansari, bis 8/2021