Die Charakterisierung der Phosphodiesterase-Isoenzyme des Ureters und deren funktionelle Bedeutung in vitro

Zusammenfassung

Die Phosphodiesterasen (PDE) beeinflussen den Tonus glatter Muskelzellen durch den Abbau bestimmter intrazellulärer Botenstoffe (cAMP, cGMP). Die Gruppe der PDE's unterteilt sich in fünf Unterfamilien mit unterschiedlicher Charakteristik und stark variabler Gewebsverteilung. Unsere Untersuchung sollte das Muster des menschlichen Ureters an PDE-Isoenzymen und deren funktionelle Bedeutung in vitro zeigen. Menschliche Ureteren wurden homogenisiert, ultrazentrifugiert und der Überstand chromatographisch aufgetrennt. Die Hydrolyse von radioaktiv markiertem cGMP/cAMP durch sPDE wurde in den einzelnen Fraktionen im Beta-Counter gemessen. Zusätzlich wurden die PDE-Isoenzyme durch Zugabe spezifischer Aktivatoren und Inhibitoren bestimmt. Im Organbad wurde die Relaxation von KCI-vorkontrahierten Ureterstreifen durch verschiedene sPDE-Hemmer getestet. 3 verschiedene PDE-Isoenzyme wurden charakterisiert, nämlich PDE I (Calmodulin-sensitiv), PDE II (cGMP-stimuliert) und PDE IV (cGMP-spezifisch). In vitro zeigte sich der sPDE IV-Hemmer als am stärksten wirksam. Unsere Untersuchungen belegen 3 verschiedene PDE-Isoenzyme des menschlichen Ureters. Die starke Wirkung des sPDE IV-Hemmers im Organbad, verbunden mit der Tatsache, daß dieses PDE-Isoenzym nur selten im übrigen Organismus gefunden wird, läßt eine therapeutische Applikation mit selektiver Ureterrelaxation möglich erscheinen.

Abstract

The existence of phosphodiesterase (PDE) isoenzymes in human ureter tissue and the relaxant effect of different selective phosphodiesterase inhibitors on human ureteral strips in vitro was evaluated. Isoenzyme characterization was carried out after homogenizing and centrifuging ureteral tissue. The supernatant fraction was applied to anion-exchange DEAE-Sephacel chromatography and eluted using sodium acetate gradient. Assay for PDE activity was then performed and peak fractions were added to different specific PDE activators and inhibitors. Three different PDE isoenzymes were characterized: PDE I (calmodulin-sensitive), PDE II (cGMP-stimulated) and PDE IV (cAMP-specific). Relaxing potency of PDE-inhibitors was measured on isolated ureteral muscle strips. Different selective phosphodiesterase inhibitors as well as the non-selective inhibitor papaverine were added incremently. There was no spontaneous ureteral activity in any ureteral strip examined. Papaverine as well as the selective phosphodiesterase inhibitors relaxed KCI preconracted strips dose-dependently with an IC₅₀ of 30 μM for papaverine, 40 μM for zaprinast, 25 μM for quazinone and 0.1 μM for rolipram. These data show that at low concentrations the phosphodiesterase IV inhibitor rolipram was the most potent drug examined. Our findings support the involvement of cyclic nucleotide metabolism in the regulation of ureteral smooth muscle tone. The existence of three different isoenzymes and their involvement in cyclic nucleotide metabolism in the regulation of ureteral smooth muscle tone has been shown. The ureter relaxing effect of specific PDE-IV-inhibitor at low concentrations, combined with its low effect on the systemic circulatory parameters, may be of use in treating ureteral colics.

Key words

Phosphodiesterase - Human ureter - Cyclic nucleotides - Smooth muscle relaxation - Phosphodiesterase-inhibition