Chlorite-Hemoprotein Interaction as Key Role for the Pharmacological Activity of the Chlorite-based Drug WF10

Summary

WF10 is a chlorite-based drug that modulates macrophages functional states and can be safely administered to humans. WF10 potentially modulates disease-related up-regulation of immune responses both in vitro and in vivo. Thus immune response is influenced in a way that inappropriate inflammatory reactions are downregulated. The molecular mechanisms involved are not completely understood. Biochemical data suggest the reaction of chlorite with hemoproteins as the central step in the activation process of the drug. Thereby a chlorinating agent is generated, resulting in the oxidation of reduced sulfur-containing molecules and in the conversion of amino residues into more or less stable chloramines. The most prominent chloramine in vivo is taurine chloramine. Taurine chloramine is a long-lived molecule with immunomodulatory properties. For instance, taurine chloramine inhibits the generation of macrophage inflammatory mediators such as nitric oxide, prostaglandin E₂ (PGE₂), tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6). This study on the biochemical mechanism of WF10 gives evidence that hemoprotein dependent chlorination of taurine is not only observed in vitro but also very likely in vivo. To characterize the oxidant, generated during heme activation, different methods were used: Chemiluminescence, EPR-spectroscopy, UV/VIS-spectroscopy, gas (GC) and size exclusion chromatography. In summary, the results indicate as the first products of hemoprotein catalyzed chlorite activation a chloroxygenspecies (probably HOCl/OCl⁻) and a ferryl-oxygen species at the hemoprotein active site in analogy to the known peroxidase (compound I and II) intermediates. Moreover, hydrogen peroxide and chlorite seem to react in a similar way with heme centers. It is proposed that WF10 represents an “inactive” transport form of potentially active chlorine. Reactivity of the latter is restricted unless heme moieties in proteins or enzymes activate the “transport form” to perform reactions in analogy to peroxidases (i.e. myeloperoxidase-catalyzed formation of HOCl/OCl⁻).

Zusammenfassung

Chlorit-Hämprotein-Interaktion als Schlüsselrolle der pharmakologischen Aktivität der auf Chlorit basierenden Substanz WF10

WF10 beeinflußt als immunmodulato-rische Substanz die Makrophagenaktivität, indem es proinflammatorische Parameter supprimiert. Der Wirkstoff von WF10 basiert auf chemisch stabilisiertem Chlorit. Daten zum biochemischen Wirkmechanismus von WF10 weisen Hämproteinen eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung des Medikaments zu. Nach Kontakt mit Hämproteinen kommt es über ein intermediär chlorierendes Oxidans zu Bildung von mehr oder weniger stabilen Chloraminen. Das in vivo bekannteste Chloramin ist das stabile Taurinmono-chloramin, dem immunmodulatorische Eigenschaften zugeschrieben werden. Neuere Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus von WF10 sprechen für eine Hämproteinkatalysierte Chlorierung von Taurin durch WF10 nicht nur in vitro, sondern machen dies auch in vivo sehr wahrscheinlich. Das „Häm-aktivierte” Oxidans wurde in dieser Studie mit verschiedenen Methoden charakterisiert: Chemilumineszenz, EPR-Spektro-skopie, UV/VIS-Photometrie, Gas- (GC) und Gelfiltrationschromatographie. Die vorgestellten Ergebnisse sprechen für Hypochlorit und eine Ferryl-Sauerstoffspe-zies (in Analogie zu Compound I bzw. Compound II von Peroxidasen) als erste Reaktionsprodukte von WF10 mit Hämproteinen. Vermutlich handelt es sich bei WF10 um eine „inaktive” Transportform von potentiell aktivem Chlor, die selektiv erst bei Kontakt mit Hämverbindungen aktiviert wird, in Analogie zu Peroxidasekatalysierten Reaktionen (wie ζ. Β. der Myeloperoxidasekatalysierten Produktion von HOCl/OCl⁻).

Key words

Chlorite - Hemoglobin - Hemoproteins - Immunomodulation - Macrophages - WF 10, chlorite-hemoprotein interaction, immunomodula-tion, pharmacology