University of Groningen
The potential use of N-octanoyl-dopamine (NOD) in organ transplantation Wedel, Johannes
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2015
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Wedel, J. (2015). The potential use of N-octanoyl-dopamine (NOD) in organ transplantation: In vitro and in vivo studies on the immunomodulatory and cytoprotective effects of NOD. [S.n.].
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 22-04-2021
12
Nederlandse samenvatting
Nederlandse samenvatting
Chapter 12
238
Naarmate het verschil tussen de vraag naar en het aanbod van donororganen toeneemt [1,2], groeit ook de onvervulde socio-economische en klinische behoefte aan nieuwe strategieën om de pool van donororganen te vergroten.
Voor het vergroten van deze pool wordt tegenwoordig een beroep gedaan op organen van zogenaamde uitgebreide criteria-donoren (UCD). Bij het gebruik van deze organen rijst echter de vraag: zal dit orgaan voldoende en lang genoeg functioneren om zowel een overlevingsvoordeel als een toename in kwaliteit van leven te bieden? In vergelijking met donororganen van optimale donoren hebben UCD-organen over het algemeen een verminderde transplantaatoverleving op de lange termijn [3]. UCD-organen zijn doorgaans al beschadigd door veroudering of de ziektegeschiedenis van de donor, waardoor deze organen extra vatbaar zijn voor verlies van functie als gevolg van de schade die ontstaat gedurende het transplantatieproces. Het toenemende gebruik van UCD-organen wordt daarom gevolgd door een toenemende behoefte aan maatregelen om de kwaliteit van deze organen te handhaven. In het bijzonder worden hersendood, ischemie, orgaanpreservatie en orgaanreperfusie beschouwd als cruciale factoren voor de functionele achteruitgang van donororganen. Deze factoren worden juist daarom ook wel gezien als de potentiële therapeutische doelen om de donororgaankwaliteit te verbeteren [4,5]. Dit proefschrift beschrijft in vivo en in vitro studies waarin het potentieel gunstige effect van behandeling met N-octanyl-dopamine (NOD) onderzocht is. Wij leveren preklinische gegevens over het gebruik van NOD tijdens transplantaties, als behandeling voor hetzij de donor hetzij de ontvanger.
In Hoofdstuk 2 wordt een overzicht gegeven over N-acyl-dopamine derivaten (NADD) en gerelateerde verbindingen, en de therapeutische potentie die deze verbindingen hebben binnen de transplantatie geneeskunde. Er is een samenvatting gemaakt op basis van literatuurgegevens over wat reeds bekend is over de biologische activiteit van NADD in de transplantatie setting, zoals koude-gerelateerde schade, ischemie-reperfusie schade, immuun-modulatie en infl ammatie.
In Hoofdstuk 3 is er een in vivo model voor ischemie/reperfusieschade gebruikt om te bepalen of dopamine (DA) of NOD-behandeling resulteert in preventie van weefselschade en/of verbetering van orgaanfunctie. Daarnaast is gekeken naar de potentiële rol van TRPV1 in deze bescherming. De belangrijkste bevindingen van dit onderzoek zijn de volgende. Ten eerste hebben in vitro studies aangetoond dat NOD, in tegenstelling tot DA, een dosisafhankelijke
activatie van TRPV1-receptoren bewerkstelligt. In nierweefsel werden TRPV1-positieve zenuwvezels en vezelnetwerken gevonden met een peritubulaire en vasculaire lokalisatie. Bovendien kwam TRPV1 tot expressie op een aantal tubuli in nierweefsel van ratten en op gekweekte humane proximale tubulaire epitheelcellen (PTEC). Ten tweede, in vitro behandeling met NOD verminderde de NF-κB-gemedieerde activatie van TNF-α gestimuleerde PTEC, wat resulteerde in een verminderde expressie van VCAM-1. De in vivo inhibitie van NF-κB door NOD was echter gering, en ging eveneens niet gepaard met een afname in de renale expressie van NF-κB-gereguleerde genen in ratten met door ischemie geïnduceerde acute nierinsuffi ciëntie (ANI). De monocytinfi ltratie een dag na de inductie van ANI was gereduceerd in NOD-behandelde ratten ten opzichte van DA- of onbehandelde ratten, maar verschilde niet signifi cant op de vijfde dag na ANI-inductie. Er werd geen signifi cant verschil gevonden in de expressie van adhesiemoleculen of cytokines op alle onderzochte tijdspunten.
Ten derde, bescherming tegen ANI werd waargenomen in NOD-behandelde ratten, maar niet in DA-behandelde ratten. Dit kwam tot uiting in een vermindering van tubulaire epitheelschade en een verbeterde nierfunctie.
In Hoofdstuk 4 hebben we het ontstekingsremmende effect van NOD op TNF-α gestimuleerde endotheelcellen verder onderzocht en geprobeerd het onderliggende mechanisme te ontrafelen. We laten zien dat NOD leidt tot een verminderde expressie van diverse κB-gereguleerde pro-infl ammatoire mediatoren, zoals chemokines en adhesiemoleculen, maar niet alle κB-gereguleerde genen worden beïnvloed door NOD. De verminderde expressie van ontstekingsmediatoren had functionele consequenties voor de binding van witte bloedcellen aan endotheelcellen en was geassocieerd met de remming van NF-κB. De remming van NF-κB vond plaats onafhankelijk van IκBα-degradatie en werd gerefl ecteerd door een algemene afname van p65-expressie en een verminderde fosforylering van p65 ter plaatse van serine 276. We laten daarnaast zien dat de novo eiwitsynthese niet vereist is voor de remming van NF-κB, op basis waarvan kan worden uitgesloten dat toename van HO-1 betrokken is bij de anti-infl ammatoire eigenschappen van NOD. In overeenstemming met deze conclusie werd vastgesteld dat de NOD-gemedieerde remming van VCAM-1 expressie in cellen niet wordt beïnvloed door HO-1 siRNA-transfectie. Tenslotte tonen we aan dat redoxactiviteit en hydrofobiciteit belangrijke moleculaire entiteiten zijn die essentieel zijn voor de anti-infl ammatoire eigenschappen van NOD.
Chapter 12
240
Omdat NOD een polaire kopgroep bevat (een redoxactieve catecholgroep) en een sterk hydrofobe vetzuurstaart, hebben wij gesteld dat NOD wellicht toegang zou kunnen hebben tot verschillende intracellulaire compartimenten waarin NOD het redoxmilieu zou kunnen schaden. Met name in het endoplasmatisch reticulum kan verandering van een oxidatief naar een reductief milieu grote gevolgen hebben voor de oxidatieve eiwitvouwing. Verstoringen in de oxidatieve eiwitvouwing leiden tot inductie van een aangepaste respons in cellen welke bekend is als de ongevouwen eiwitrespons (UPR). Wij vonden in Hoofdstuk 5 dan ook dat NOD en andere redoxactieve NADD aanleiding geven tot tijdelijke activatie van de UPR. Deze eigenschap lijkt afhankelijk te zijn van de redoxactiviteit van deze verbindingen. NOD had geen effect op de vitaliteit van cellen, maar leidde wel tot een sterke remming van de celproliferatie van HUVEC, hoogstwaarschijnlijk door de cellen in de S-G2/M-fase te houden.
Het feit dat de mRNA-expressie voor een aantal genen betrokken bij de S-G2/M-progressie signifi cant werd verlaagd door NOD is hiermee in overeenstemming. Interessant is dat langdurige behandeling met NOD leidde tot hypometabolisme en thermotolerantie, zoals een daling in intracellulaire ATP-concentratie, activatie van AMPK en toegenomen resistentie tegen koude-geïnduceerde celschade.
De activatie van bloedplaatjes en de hechting daarvan aan het endotheel zijn opvallende kenmerken van de infl ammatoire cascade en kunnen voorkomen in donoren met ernstig traumatisch hersenletsel [6,7]. Bloedplaatjesactivatie kan ook voorkomen in ontvangers als gevolg van koude ischemie/reperfusieschade [8].
Omdat bloedplaatjes verschillende α- en β-adrenerge en dopaminerge receptoren tot expressie brengen [9,10], is het mogelijk dat catecholamines vrijgekomen bij de intreding van hersendood of ten behoeve van bloeddrukstabilisatie via een infuus bij de hersendode donor toegediend, de functie van bloedplaatjes beïnvloeden.
Het is aangetoond dat dopamine een ADP-afhankelijke plaatjesagonist is [11,12], welke werkt via D2-achtige maar niet via D1-achtige receptoren [13]. Vanwege de redoxactieve catecholstructuren van NOD en DA hebben we in Hoofdstuk 6 vergeleken in hoeverre NOD verschilt van DA in termen van bloedplaatjesactivatie.
We vonden dat NOD, in tegenstelling tot DA, remming van bloedplaatjesfunctie veroorzaakte. De redoxactiviteit van NOD lijkt vereist te zijn voor het remmende effect van NOD, aangezien N-octanyl-tyramine (NOT, redoxinactief) geen effect had op de bloedplaatjesfunctie. Omdat acetylering van de redoxactieve delen van NOD (A-NOD, extracellulair redoxinactief, intracellulair redoxactief) niet
leidde tot een opheffi ng van het remmende effect op bloedplaatjesfunctie, is het waarschijnlijk dat de redoxactiviteit intracellulair een vereiste is.
Daarnaast hebben wij in dit hoofdstuk gesteld dat, op basis van onze resultaten en eerdere observaties aan DA als co-activator van bloedplaatjesfunctie, DA middels een receptorgemedieerd mechanisme op een co-agonistische wijze bloedplaatjesfunctie verhoogt [13]. De hydrofobe staart van NOD maakt het juist mogelijk om de plasmamembraan eenvoudiger te passeren om daar zijn remmende werking uit te oefenen, waarschijnlijk via intracellulaire redoxactieve processen.
In hoofdstuk 3 en 4 hebben wij laten zien dat NOD de activatie van NF-κB remt. Omdat de pro-infl ammatoire transcriptiefactor NF-κB ook essentieel is voor T-celactivatie veronderstelden wij in Hoofdstuk 7 dat NOD T-celactivatie zou kunnen beïnvloeden. Wij vonden inderdaad dat NOD voor een tijdelijke onderdrukking van T-celproliferatie en -activatie zorgt, maar ook dat NOD vroege T-celactivatieprocessen, zoals CD3-capping en initiële cytokineproductie, niet beïnvloedt. Van belang is dat NOD een sterke synergie met calcineurineremmers (CNR) laat zien in de remming van T-celactivatie.
Dit suggereert dat een lagere CNR-dosis voldoende zou kunnen zijn voor effectieve immunosuppressie wanneer gebruikt in combinatie met NOD. Dit kan leiden tot een vermindering van de CNR-gerelateerde bijwerkingen.
Voor de implementatie van NOD in transplantatie-relevante modellen hebben we in Hoofdstuk 8 een orthotopische aortatransplantatie verricht in de rat als model voor chronische afstoting in combinatie met gelijktijdige implantatie van enkele of dubbele osmotische pompen. Dubbele pomp-geïmplanteerde ratten lieten vergelijkbare post-operatieve gewichtstoename en fysieke activiteit zien als ratten geïmplanteerd met een enkele pomp, wijzend op vergelijkbare niveaus van ongerief. Echter, dubbele pomp-geïmplanteerde ratten hadden een verhoogd risico op pompgerelateerde complicaties, zoals pompdisconnectie en lekkende katheters.
In Hoofdstuk 9 hebben we een dubbele pomp-implantatie toegepast om te onderzoeken of NOD-behandeling invloed heeft op transplantaat vasculopathie (TV) in een model van aortatransplantatie. We hebben gevonden dat NOD de ontwikkeling van TV remt, zoals bleek uit verminderde neointima (NI-)formatie en een verminderd aantal αSMA-positieve NI-cellen 4 weken na transplantatie. Ondanks dat er ook een trend was naar een lagere mate van T-celinfi ltratie in de transplantaten 2 weken na transplantatie, bereikte dit geen
Chapter 12
242
statistische signifi cantie. In vitro remde NOD gladde spiercelproliferatie middels een G1-celcyclusarrest en voorkwam NOD TNF-α-geïnduceerde apoptose van de gladde spiercellen. De proliferatie-index van NI-gladde spiercellen in vivo, bepaald middels een Ki67-kleuring, werd niet signifi cant beïnvloed door NOD.
Met hetzelfde in vivo model hebben we in Hoofdstuk 10 het effect van vanineremming op TV onderzocht. De vanineremmer RR6 werd oraal toegediend en remde signifi cant de serumactiviteit van vanine aangezien slechts een restactiviteit van 5% van pantetheinase werd gedetecteerd in behandelde ratten.
Vergelijkbaar met NOD resulteerde RR6-behandeling in minder NI-vorming 4 weken na aortatransplantatie en niet tot een signifi cante verandering in T-cel- of macrofaaginfi ltratie 2 weken na transplantatie. In tegenstelling tot NOD kon RR6 alleen de door PDGF-geïnduceerde proliferatie van gladde spiercellen remmen, en kon het geen remmend effect bewerkstelligen wanneer de gladde spiercellen werden gestimuleerd met een cocktail van insuline, apo-transferrine, hydrocortison, insulineachtige groeifactor 1 (IGF-1) en fi broblast groeifactor (FGF).
In vivo werd noch de kwantiteit noch de proliferatiesnelheid van de NI-αSMA+- cellen beïnvloed door RR6.
Referenties
1. Eurotransplant International Foundation (2013) Annual Report 2012. CIP-Gegevens Koninklijke bibliotheek, Den Haag, The Netherlands.
2. German Organ Transplantation Foundation (2013) Annual Report 2012. Deutsche Stiftung Organtransplantation, Frankfurt am Main, Germany.
3. Lim WH, Chadban S, Campbell S, Cohney S, Russ G, et al. (2011) A review of utility- based allocation strategies to maximize graft years of deceased donor kidneys.
Nephrology (Carlton) 16: 368-376.
4. Braga JR, Santos IS, McDonald M, Shah PS, Ross HJ (2012) Factors associated with the development of cardiac allograft vasculopathy--a systematic review of observational studies. Clin Transplant 26: E111-124.
5. Lee JC, Christie JD (2011) Primary graft dysfunction. Clin Chest Med 32: 279-293.
6. Cywes R, Mullen JB, Stratis MA, Greig PD, Levy GA, et al. (1993) Prediction of the outcome of transplantation in man by platelet adherence in donor liver allografts.
Evidence of the importance of prepreservation injury. Transplantation 56: 316-323.
7. Laskowski I, Pratschke J, Wilhelm MJ, Gasser M, Tilney NL (2000) Molecular and cellular events associated with ischemia/reperfusion injury. Ann Transplant 5: 29-35.
8. Koo DD, Welsh KI, Roake JA, Morris PJ, Fuggle SV (1998) Ischemia/reperfusion injury in human kidney transplantation: an immunohistochemical analysis of changes after reperfusion. Am J Pathol 153: 557-566.
9. Anfossi G, Trovati M (1996) Role of catecholamines in platelet function:
pathophysiological and clinical signifi cance. Eur J Clin Invest 26: 353-370.
10. De Keyser J, De Waele M, Convents A, Ebinger G, Vauquelin G (1988) Identifi cation of D1-like dopamine receptors on human blood platelets. Life Sci 42: 1797-1806.
11. Ardlie NG, Glew G, Schwartz CJ (1966) Infl uence of catecholamines on nucleotide- induced platelet aggregation. Nature 212: 415-417.
12. Emerson M, Paul W, Page CP (1999) Regulation of platelet function by catecholamines in the cerebral vasculature of the rabbit. Br J Pharmacol 127: 1652-1656.
13. Schedel A, Schloss P, Kluter H, Bugert P (2008) The dopamine agonism on ADP- stimulated platelets is mediated through D2-like but not D1-like dopamine receptors.
Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 378: 431-439.
