Humanes Angiotensin III zur Behandlung von Sepsislangzeitfolgen

Autor: Ines Niehaus e-mail: Ines_Niehaus@gmx.de

Webseite befindet sich im Aufbau, vorläufige Version:www.s-lps.de/angiotensin.html

Posterpräsentation 10. DIVI, 01.12.-04.12.2010 in Hamburg



Calcium-Lipopolysaccharid-Komplex induzierte Zelldegeneration

und cytoprotektive Wirkung von Pramipexol, Fructose und DHEA

Ursachen und Therapie der durch Calcium-LPS-Aggregate gestörten Signalübertragung

Autor: Ines Niehaus e-mail: Ines_Niehaus@gmx.de

ePosterpräsentation 9. DIVI, 03.12.-06.12.2008, CCH, Hamburg



Zusammenfassung:

Lipopolysaccharide (LPS) sind negativ geladene amphiphile Moleküle bestehend aus hydrophobem Lipid A und hydrophilem Polysaccharid-Anteil. Negativ geladene Phosphat- und Carboxyl-Gruppen des Lipid A bilden mit positiv geladenen Calcium-Ionen ein- bis mehrschichtige LPS-Vesikel. Eine hohe Ca2+-Kozentration liegt an spannungsgesteuerten Calcium-Kanälen von Nerven- und Muskelzellen vor. Ca2+ wird von LPS-Monomeren auch an den Calcium-Kanälen zu LPS-Aggregaten komplexiert, was die Calcium-Kanäle teilweise oder sogar vollständig blockiert. Der Calcium-Kanal wird trotz erhöhten Energieverbrauches mit gesteigerten ATP-Umsatz der Zelle nicht ausreichend Ca2+ in die Zelle pumpen können, was sich elektrophysiologisch durch LPS-induzierte Leitungsblock in Tierversuchen zeigt. In einem Fallbericht mit chronischer Endotoxämie nach einer Kontamination mit 10 Mikrogramm Salmonella minnesota smooth-LPS zeigen sich diese Leitungsblocks elektrophysiologisch speziell am Nervus peronaeus. Ferner ist bei der Patientin der zerebrale Glukose- und Dopaminmetabolismus (Parkinsonismus) reduziert mit ödematischen Schwellungen und einer Gliosenarbe im Kleinhirn.
Schlussfolgerungen: LPS-induzierte Leitungsblöcke erklären sich durch die Blockierung der Calcium-Kanäle durch LPS-Aggregate. LPS wird intrazellulär aufgenommen und bindet auch in Neuronen an Membranen des Golgi-Apparates und des endoplasmatischen Reticulums (ER). Die intrazelluläre Ca2+-Bindung durch das LPS am ER behindert den Vesikeltransport (auch der mit Neurotransmitter gefüllten Vesikel) mit Bildung von kristallisierenden Protein-LPS-Aggregaten und Neurofibrillenbildung. An der Mitochondrienmembran kann durch Komplexierung des Citrates mit Ca2+-Ionen der Citratzyklus blockiert sein mit nachfolgendem Energiemangel für die Zelle. LPS stimuliert die Phospholipase C, was zu erhöhten intrazellulären Ca2+-Spiegeln mit ödematischen Zellschwellungen führt. Mit Ca2+ komplexiertes Fructose-1,6-biphosphat bindet vermutlich an LPS Aggregate, wodurch diese nicht mehr so leicht an Ionenrezeptoren binden können. Dieses verhindert auch das Steroidhormon Dehydroepiandrosteron DHEA mittels reversibler Bindung an Iono-Rezeptoren. Der entzündungshemmende Dopamin-D2-Agonist Pramipexol verringert die LPS stimulierte zyklische Adenosin-Monophosphat-Produktion.

Loading Figure 1

Fig. 1. Inhaltsübersicht

Loading Figure 2
Fig. 2. N. peronaeus: bei critical illness polyneuropathy CIP hochsensibel gegenüber der LPS-Konzentration im Blut des Pat ienten

Elektrophysiologie: LPS-induzierte Polyneuropathie/Enzephalopathie (CIP)

Befunde der 34-jährigen Patientin 11 Jahre nach Kontamination mit Salmonella minnesota S-LPS. Die Enzephalopathie ist durch ein Parkinsonsyndrom und Glukosestörung im Cortex gekennzeichnet (weitere Information zum Fallbericht).

Loading Figure 6

Fig 3 . F-Wellen Nervus peronaeus: nicht vorhanden.

Loading Figure 9
Fig 4. Leitungsblock in den sensorischen Nerven

Loading Figure 10

Fig 5. Ableitung motorischer Nerven


Aktivierung von spannungsgesteuerten Calcium-Kanälen und Entstehung eines Leitungsblocks durch Lipopolysaccharide im Nervensystem

Loading Figure 3

Fig. 6: Das Öffnen des spannungsgesteuerten Calcium-Kanals in der Zellmembran durch negativen Ladungsstrom auf der Membran führt zum Einstrom von Calcium-Ionen.

Loading Figure 4

Fig 7: Calcium-LPS-Komplex bindet an Calcium-Kanal mit Blockade des Calcium-Einstroms.

Bindung von LPS an spannungsgesteuerte Calcium-Kanäle

Loading Figure 5

Fig 8: Struktur spannungsgesteuerter Calcium-Kanal

Loading Figure 6

Fig 9: Ausschnitt Aminosäuresequenz alpha2-delta2-Einheit Calcium-Kanal

Das Pentapeptid Lysin+-Tyrosin-Phenylalanin-Glutamin-Phenylalanin der alpha2-delta2-Einheit bindet vermutlich ans Lipid A im LPS (Bindung von E.coli Lipid A an Lys-Phe-Ser-Phe-Lys)1. Lysin+ bindet dabei an KDO- bzw. Phosphat- des Lipid A. Das 2. Lysin+ des Pentapeptids ist bei Salmonella minnesota LPS zur Bindung des Lipid A nicht nötig, da das 2. Phosphat- mit einem positiv geladenem Aminozucker neutralisiert ist.

Die Aminosäuren 582-604 sind involviert in der Bindung von Gabapentin bzw. Pregabalin an Calcium-Kanäle.2 Ist Gabapentin in der Lage, LPS von der Bindung am Calciumkanal zu verdrängen und den auch beim Pat. beschriebenen Leitungsblock zu beheben?

Membranstruktur Gram-negativer Bakterien mit Calcium-LPS-Komplexen

Loading Figure 7
Fig. 10: Calciumionen binden an die negativ geladenen Phosphat- und KDO(2-Keto-Desoxyocturonsäure)- Gruppen im Lipid A des LPS. Die Bindung an zweiwertige Ionen (Ca2+, Mg2+) ist Voraussetzung für die Aggregation von LPS-Monomeren zu LPS-Vesikeln.

Therapieoptionen mit Fruchtzucker (Fructose oder Inulin)

Loading Figure 11

Fig. 11. Fructose-1,6-biphosphat kann über Calcium-Ionen an das Lipid A des LPS binden.
Die Aufnahme von Fructose in die Epithelzellen des Darms ist bei Sepsis reduziert.

Zusammenfassung und Schlußfolgerungen:

Bindung des LPS an Calciumkanäle:

Die negativen Ladungen des KDO und Phosphats im Lipid A des LPS komplexieren mit Calcium-Ionen. Die Calcium-LPS-Komplexe binden an die alpha2-delta2-Einheit der spannungsgesteuerten Calcium-Kanäle und zwar mit den Polysaccharidketten an die N-glykolysierten Oligosaccharide des Kanals und mit dem Lipid A vermutlich an das Pentapeptid Lysin+-Tyrosin-Phenylalanin-Glutamin-Phenylalanin der alpha2-delta2-Einheit. Das Antiepileptikum Gabapentin bindet ebenfalls an diese Sequenz.

Leitungsblock:

Der Leitungsblock3 erfolgt durch Blockade des Calcium-Einstroms in die mit Calcium-LPS-Komplexen besetzten Calcium-Kanäle. In dem Fallbericht liegt besonders eine Schädigung des N. peronaeus vor, der bei CIP hochsensibel gegenüber der LPS-Konzentration im Blut des Patienten ist.4

Therapieoptionen:

Dehydroepiandrosteron DHEA bindet an die Dihydropyridin-Bindungstelle im Calciumkanal als Calciumagonist. DHEA kann analog der Fructose die Raumstruktur des Lipid A so verändern, dass eine Bindung des LPS an Calcium-Kanäle erschwert wird. Die Polyfructose Inulin reduziert die Aufnahme von Endotoxin aus dem Darm in das Blut. Das Parkinsonmittel Pramipexol verringert als D2-Rezeptor-Agonist die LPS-stimulierte cAMP-Produktion, was sich entzündungshemmend auswirkt.

Aktueller Nachtrag:

Die NADPH-Oxidase NOX5 trägt am C-terminalen Ende ab AS 737 ein LPS-bindendes Pentapeptid K-F-G-F-R im Gegensatz zu NOX1-NOX4. NOX5 hat 4 Calcium bindende sog. EF hand units. Wenn Calcium extrazellulär komplexiert wird mit EDTA, kann NOX5 kein H202 aus O2 produzieren und keinen intrazellulären Calciumeinstrom induzieren. NOX wird durch das Peptid GGF Gly-Gly-Phe (Bestandteil von Enkephalin) in femtomolarer Konz. gehemmt mit neuroprotektivem Effekt.5

Ausblick:

GGF kann mit LPS um die Bindung an LPS-bindende Pentapeptide konkurrieren und als Medikament bei critical illness polyneuropathy eingesetzt werden. Erste Anwendung von Leucin Enkephalin in µmolarer Konzentration erfolgreich!

Mehr Information über Leucin Enkephalin zur Behandlung von Sepsis induzierter Polyneuropathie

Referenzen:
1) Frecer V, Ho B, Ding JL.
Interpretation of biological activity data of bacterial endotoxins by simple molecular models of mechanism of action.
Eur J Biochem. 2000; 267(3):837-52.

2) Marais E, Klugbauer N, Hofmann F.
Calcium channel alpha(2)delta subunits-structure and Gabapentin binding.
Mol Pharmacol. 2001; 59(5):1243-8.

3) Brown RF, Jackson GD, Martin T, Westbrook RF, Pollard JD, Westland KW.
Bacterial lipopolysaccharide induces a conduction block in the sciatic nerves of rats
Lab Anim Sci. 1999; 49(1):62-9.

4) Mohammadi B, Schedel I, Graf K, Teiwes A, Hecker H, Haameijer B, Scheinichen D,Piepenbrock S, Dengler R, Bufler J.
Role of endotoxin in the pathogenesis of critical illness polyneuropathy.
J Neurol. 2008; 255(2):265-72.

5) Qin L, Block ML, Liu Y, Bienstock RJ, Pei Z, Zhang W, Wu X, Wilson B, Burka T,Hong JS.
Microglial NADPH oxidase is a novel target for femtomolar neuroprotection against oxidative stress.
FASEB J. 2005; 19: 550-557

Loading Danke


Diese Webseite wurde veröffentlich am 01.12.2008.
Letzte Änderung am 01.02.2010.