title: In vitro Untersuchung der möglichen beta-selektiven Modulation von GABA A Rezeptoren durch Piperin-Derivate
Creators: name: Hiebl, Verena
Publisher: name: :none
Year: 2013

description: Die γ-Aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im ZNS (Macdonald und Olsen, 1994; Sieghart, 1995). GABAA Rezeptoren kommen in allen Organismen mit einem Nervensystem vor, auch in wirbellosen Tieren (Buckingham et al., 2005). Bei diesen Rezeptoren handelt es sich um pentamere, ligandengesteuerte Ionenkanäle, welche der Superfamilie der Cys-loop Rezeptoren angehören (Olsen und Sieghart, 2008). Durch ihre weite Verbreitung im ZNS von Säugetieren spielen GABAA Rezeptoren eine wichtige Rolle in nahezu allen physiologischen Funktionen des Gehirns und stellen eine wichtige Zielstruktur für viele Wirkstoffklassen dar (Olsen und Sieghart, 2008). Es konnte gezeigt werden, dass Piperin, das Hauptalkaloid des schwarzen Pfeffers (Piper nigrum) und anderer Pfefferspezies, der hauptsächlich für die positive allosterische Modulation von GABAA Rezeptoren verantwortliche Inhaltsstoff des schwarzen Pfeffers ist (Zaugg et al., 2010). Zusätzlich bewiesen Cruz et al. (2013) die antikonvulsive Wirkung des Piperins, die unter anderem auf die Potenzierung von GABA-induzierten Chloridströmen zurückzuführt werden kann. In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien wurde eine Reihe von Derivaten des Piperins (VH397, VH399, VH402, VH454 und VH455) synthetisiert und in weiterer Folge hinsichtlich Beeinflussung von Wirksamkeit, Wirkstärke und β-Untereinheitenselektivität am GABAA Rezeptor untersucht. GABAA α1β1/2/3γ2S Rezeptoren wurden hierzu in Xenopus laevis Oozyten exprimiert und mithilfe der Zwei-Mikroelektroden-Spannungsklemmtechnik untersucht. Alle Derivate – mit Ausnahme von VH402 an α1β1γ2S Rezeptoren – zeigten eine gesteigerte Wirksamkeit an α1β1/2/3γ2S GABAA Rezeptoren im Vergleich zum Naturstoff. Zusätzlich konnte für alle getesteten Verbindungen eine Tendenz für β2/3 Rezeptoren gezeigt werden, die im Hinblick auf die Wirksamkeit auf eine β2-Tendenz beschränkt war. Als bestes Derivat hinsichtlich sowohl Wirksamkeit als auch Wirkstärke konnte VH397 charakterisiert werden: Das Derivat zeigte mit einer maximalen IGABA Potenzierung von Emax = 2199±134 % an α1β3γ2S Rezeptoren und einer halbmaximalen Wirkstärke von EC50 = 7,5±1,6 µM an α1β2γ2S Rezeptoren die deutlichsten Verbesserungen im Vergleich zu Piperin. Die an VH397 vorgenommenen strukturellen Modifikationen stellen so einen vielversprechenden Ausgangspunkt für die weitere Optimierung des Piperinmoleküls zur Verstärkung von Wirksamkeit, Potenz und Subtypenselektivität dar.
description: γ-Aminobutyric acid (GABA) is the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system (Macdonald und Olsen, 1994; Sieghart, 1995). GABAA receptors can be found in every organism with a nervous system, even in invertebrates (Buckingham et al., 2005). These receptors are pentameric, ligand-gated ion channels that belong to the Cys-loop superfamily (Olsen und Sieghart, 2008). GABAA receptors are very widespread throughout the CNS and thus play a central role in physiologic brain functions. They are important targets for many different classes of chemicals (Olsen und Sieghart, 2008). Piperine, the major alkaloid of black pepper (Piper nigrum) and other pepper species, was shown to be a positive allosteric GABAA receptor modulator (Zaugg et al., 2010). Additionally, it exhibits anticonvulsive activity: this effect can be attributed partially to the enhancement of the GABA-induced chloride currents through GABAA receptors (Cruz et al., 2013). In collaboration with the Vienna University of Technology, a set of piperine derivatives (VH397, VH399, VH402, VH454 und VH455) was synthesized and consequently tested for the influence of the structural modifications on efficiency, potency and GABAA receptor β subunit selectivity. GABAA α1β1/2/3γ2S receptors were expressed in Xenopus laevis oocytes and studied by means of the two-microelectrode voltage-clamp technique. All of the derivatives – except of VH402 at α1β1γ2S receptors – showed enhanced efficiency through α1β1/2/3γ2S GABAA receptors compared to the natural compound. Additionally, all compounds tested revealed a β2/3 tendency, which was limited to a β2 tendency in terms of efficiency. Derivate VH397 proved to be the most interesting compound yielding maximal IGABA potentiation through α1β3γ2S receptors of Emax = 2199±134 % and a half-maximum effective concentration of EC50 = 7,5±1,6 µM (α1β2γ2S). Thus, the structural modifications of VH397 represent a promising approach towards further optimization of the piperine molecule to enhance efficiency, potency and subtype selectivity.