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Irreversibler Dopamin-Antagonist vs. Dopamin-Agonist

Irreversibler Dopamin-Antagonist vs. Dopamin-Agonist


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Kann ein Dopaminagonist die Wirkung eines irreversiblen Dopaminantagonisten umkehren?


Nein. Irreversibler Antagonismus ist per Definition eine Hemmung, die vom Agonisten nicht rückgängig gemacht werden kann. Lassen Sie mich die Grundlagen zusammenfassen. Sie können dies in Goodman und Gillmans The Pharmacological Basis of Therapeutics, Kapitel 3, nachlesen, aber es gibt viele grundlegende Lehrbücher der Biochemie, die dasselbe Thema abdecken.

Wenn eine Wechselwirkung zwischen einem Liganden und einem Rezeptor als reversibel bezeichnet wird, bedeutet dies, dass sie sich zu einem Liganden-Rezeptor-Komplex assoziieren und dann dissoziieren kann, wodurch das System mit freiem Ligand und freiem Rezeptor zurückbleibt. Im allgemeinsten Fall ändert der Ligand, wenn er gebunden ist, die Konformation und Aktivität des Rezeptors, und wenn er dissoziiert, kehrt der Rezeptor zu seiner ursprünglichen Konformation und Aktivität zurück. Die Wirkung des Liganden im biologischen System hängt mit dem Anteil der gebundenen Rezeptoren zusammen.

Irreversible Liganden beinhalten typischerweise kovalente Bindungen (z. B. Aspirin, Alkylierungsmittel). Wenn der Ligand mit dem Rezeptor interagiert, ändert er irreversibel die Konformation und Funktion des Rezeptors. Die Zell- oder Gewebefunktion wird nur dann in den freien Rezeptorzustand zurückgeführt, wenn die bestimmten Rezeptoren, die eine Liganden-Rezeptor-Wechselwirkung hatten, abgebaut und durch einen neuen Rezeptor ersetzt wurden.

Eine Möglichkeit, um zu testen, ob eine Wechselwirkung reversibel ist, besteht darin, sie umzukehren. Schauen wir uns an, wie Sie dies tun würden.

Betrachten Sie zunächst die Wirkung, wenn ein Agonist bindet. Der Agonist ist reversibel. Wenn Sie es einem Assay hinzufügen, das den Rezeptor enthält, assoziiert und dissoziiert es mit dem Rezeptor, aber zu jedem Zeitpunkt wird ein Teil der Rezeptoren an den Agonisten gebunden. Diese Bindung erzeugt einen messbaren Effekt. Die Wirkung hängt mit dem Gesamtanteil der an den Agonisten gebundenen Rezeptoren zu einem bestimmten Zeitpunkt zusammen, der mit der Konzentration des Agonisten zusammenhängt. Wenn Sie die Konzentration eines Agonisten erhöhen, bindet mehr Agonist und Sie können eine stärkere Wirkung messen. In dieser Abbildung aus Goodman & Gillman Kapitel 3 sehen Sie die logarithmische Konzentration des Agonisten auf der x-Achse und die in einem Assay gemessene Wirkung auf der y-Achse:

Betrachten Sie nun die Wirkung eines Agonisten in Gegenwart eines Antagonisten. Klassisch bindet ein kompetitiver reversibler Antagonist an dieselbe Stelle wie ein Agonist. Wenn der Antagonist gebunden ist, erlaubt es dem Agonisten nicht zu binden. Führen Sie also das gleiche Experiment wie oben durch (indem Sie die Konzentration des Agonisten erhöhen und die Wirkung messen), aber beginnen Sie mit einer Lösung, die eine bestimmte Konzentration des Antagonisten enthält. Da ein Antagonist um dieselben Bindungsstellen konkurriert, stehen weniger Rezeptoren für die Agonistenbindung, weniger Rezeptor/Agonist-Komplexe und eine geringere Wirkung zur Verfügung.

Wenn der Antagonist jedoch reversibel ist, können Sie immer noch den gleichen Effekt erzielen wie im ersten Experiment. Sie müssen nur die Konzentration des Agonisten erhöhen, bis er den gleichen Anteil an Rezeptoren bindet. Da sowohl Agonist als auch Antagonist ständig mit dem Rezeptor assoziieren und dissoziieren, wird eine Erhöhung der Konzentration eines von ihnen den anderen übertreffen. In dieser Abbildung (gleiche Quelle) können Sie sehen, dass in Gegenwart eines Antagonisten (hier für Inhibitor) mehr Agonist erforderlich ist, um die gleiche Wirkung zu erzielen, aber die maximale Wirkung ist immer noch dieselbe.

Wenn der Antagonist irreversibel ist, können Sie nicht die gleiche Wirkung wie im ersten Experiment erzielen, selbst wenn Sie die Konzentration des Agonisten erhöhen. Die Rezeptoren wurden durch die Anwesenheit des Antagonisten dauerhaft verändert, und jeder Teil von ihnen, der eine gewisse Wechselwirkung mit dem Antagonisten hatte, bindet entweder den Agonisten nicht oder erzeugt bei Bindung keine Wirkung. Was Sie hier im Assay sehen, ist, dass eine Erhöhung der Agonistenkonzentration im Assay die gemessene Reaktion erhöhen kann, Sie jedoch nicht in der Lage sind, dieselbe maximale Reaktion zu erreichen. Beachten Sie, dass hier die Abbildung einen pseudoirreversiblen Inhibitor (Antagonist) beschreibt. Dies ist nur ein Begriff für einen irreversiblen Inhibitor, der den Rezeptor nicht kovalent bindet, aber eine starke Affinität zur Bindungsstelle hat, die den Messungen zufolge so aussieht, als ob er kovalent bindet. Effektiv wird der Inhibitor dort an der Bindungsstelle sitzen, bis der Rezeptor abgebaut ist und wird nicht vom Agonisten auskonkurriert.


Design und Synthese eines irreversiblen Dopamin-sparenden Kokain-Antagonisten

Kokain ist ein starker Verstärker und Stimulans, der an spezifische Erkennungsstellen bindet, die mit Monoamin-Transportern im Gehirn von Säugetieren verbunden sind. Die Suche nach einem funktionellen Antagonisten gegen die suchterzeugenden Eigenschaften von Kokain hat sich auf die Entdeckung eines Moleküls konzentriert, das die Kokainbindung an den Dopamintransporter (DAT) hemmen kann, aber weiterhin den Dopamintransport durch den DAT ermöglicht. Es wurde über keinen solchen dopaminsparenden Kokainantagonisten berichtet, und es wird offensichtlich, dass ein dopaminsparender Antagonismus der pharmakologischen Wirkungen von Kokain durch einen klassischen Antagonisten möglicherweise nicht möglich ist. Hier stellen wir ein neues Konzept für das Design von Dopamin-sparenden Kokain-Antagonisten vor. Ein einzigartiger Ansatz wird verwendet, um einen Inhibitor zu liefern, der irreversibel an das DAT bindet, dann spaltet und ein kleines Fragment zurücklässt, das an das DAT gebunden ist und den Zugang für Kokain blockiert, aber den Dopamintransport ermöglicht. Das Design dieser Verbindungen nutzt eine Cysteinylsulfhydrylgruppe in der DAT. Es wird angenommen, dass diese Gruppe den ankommenden Inhibitor angreift und zu einer selektiven Hemmung der Kokain-Bindungsstelle führt, während der Dopamintransport geschont wird. Dieses Konzept eines mechanismusbasierten, irreversiblen, Dopamin-sparenden Kokain-Antagonisten hat sich nun als tragfähig erwiesen und als Beispiel die ungesättigten 6 zeigte eine Hemmung von Kokain (63%) am DAT nach 24 h Inkubation, während sich zu diesem Zeitpunkt eine deutlich geringere Hemmung von Dopamin manifestiert (23%). Im Gegensatz dazu ist das Epoxid 7 zeigten nach 24 h eine stärkere Hemmung der Dopamin-Wiederaufnahme als die Kokainbindung (68 % gegenüber 18 %).

Gleichzeitig wird eine Mitteilung eingereicht, in der die Biologie dieser Verbindungen beschrieben wird Molekulare Pharmakologie.


Einführung

Beim Menschen können 40–50% der Varianz der individuellen Leistung bei verschiedenen kognitiven Aufgaben durch einen einzigen „allgemeinen“ Einfluss erklärt werden 1,2 . Ein ähnlicher allgemeiner kognitiver Faktor macht 30–40% der Varianz in der Leistung einzelner Mäuse über Batterien von 6–9 kognitiven Aufgaben aus 3,4,5,6 . Obwohl die Variationen der Intelligenz wahrscheinlich mehrere Einflüsse widerspiegeln 7 , ist (sowohl bei Mäusen als auch beim Menschen) allgemein bekannt, dass die Arbeitsgedächtniskapazität eine zentrale Rolle bei der Bestimmung dieser Variationen spielt 8,9,10,11.

Es wurde berichtet, dass mindestens neun Gene (von 25.000 gescreenten) im präfrontalen Kortex (PFC) von Mäusen hochreguliert sind, die hohe allgemeine kognitive Fähigkeiten (GCA) exprimieren, und drei dieser Gene (Drd1a, Darpp-32 und Rgs9) umfassen einen Cluster, der an der dopaminergen Signalgebung beteiligt ist 12 . Dementsprechend wird beim Menschen die dorsolaterale PFC (dlPFC) während arbeitsgedächtnisbasierter Aufgaben aktiviert und bei Personen mit hoher und niedriger Intelligenz durch kognitive Anforderungen unterschiedlich aktiviert 13,14 . Darüber hinaus sind D1-Rezeptoren in der PFC ein Ziel für das Arbeitsgedächtnistraining sowohl bei Menschen 15, 16, 17 und Mäusen 18 . Schließlich zeigen Mäuse mit hohem GCA eine erhöhte neuronale Aktivierung im mPFC als Reaktion auf D1-Agonisten 18 . In Kombination legen diese Ergebnisse nahe, dass die allgemeine kognitive Leistung, das Arbeitsgedächtnis und die Dopamin-Signalgebung im PFC zusammenhängen und ein System umfassen, das zu Intelligenzunterschieden beiträgt 19,20,21 .

Obwohl das Drd1a-Gen hochreguliert ist und die Ansprechempfindlichkeit der D1-Rezeptoren bei Tieren, die eine hohe GCA exprimieren, erhöht ist, haben frühere Arbeiten keinen entsprechenden Anstieg des membrangebundenen D1-Proteins im PFC 18 nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass die Anzahl der reifen D1-Rezeptoren nicht zu Variationen der GCA beitragen. Rate des Proteinumsatzes, Variationen in Chaperonproteinen und Gen-Silencing sind regulatorische Mechanismen, die die Synthese und den Transport von neu synthetisierten Rezeptoren an die Plasmamembran modulieren 22 . Die Synthese des D1-Rezeptors beginnt im endoplasmatischen Retikulum (ER). Nach der Faltung wird der Rezeptor durch Chaperonproteine ​​zum Golgi-Apparat und dann zum trans-Golgi-Netzwerk transportiert, erfährt eine Glykosylierung und kann dann in die Plasmamembran eingefügt werden. Bei der Ligandenbindung unterliegt der Rezeptor einem Abbau oder wird zur Plasmamembran 23 zurückgeführt. Das Gleichgewicht dieser Kaskaden bestimmt das Niveau der Rezeptorexpression an der Membran. Da neu synthetisierte Rezeptoren stärker auf die Transmitterbindung reagieren, können diese Regulationsmechanismen die Reaktion der Zelle auf die Transmitterbindung unabhängig von der Rezeptordichte beeinflussen 24 .

Das Dopaminrezeptor-wechselwirkende Protein DRiP78 ist ein allgegenwärtiger Regulator des Exports unreifer Rezeptoren vom ER zum Golgi-Komplex und ihres anschließenden Transports zur Plasmamembran 25 , und erhöhte DRiP78-Spiegel fördern die Sequestrierung unreifer D1-Rezeptoren im ER 25 . Es ist plausibel, dass DRiP78 unter kognitiven Ruhebedingungen (wenn keine erhöhte Anzahl von D1-Rezeptoren benötigt wird) einen intrazellulären Pool unreifer Rezeptoren aufrechterhält, die bei Bedarf (z. B. als Reaktion auf kognitive Anforderungen) auf den Transport warten. Dementsprechend könnten Schwankungen in der Proteinumsatzrate zur Wirksamkeit der D1-Signalgebung beitragen, da neu eingefügte Rezeptoren die Reaktion der Zelle auf Dopamin verstärken 24 . Es ist plausibel, dass Tiere, die hohe GCAs exprimieren, eine erhöhte Rate des Rezeptorumsatzes aufweisen, was die Zelle schneller re-sensibilisieren würde, was eine erhöhte Rate der Rezeptorsynthese erfordert (begleitet durch den Anstieg der Drd1A-mRNA).

Hier (in Experiment 1) testen wir die Möglichkeit, dass Tiere mit hohem GCA unter kognitiven Ruhebedingungen eine erhöhte Rezeptorumsatzrate und erhöhte DRiP78-Spiegel exprimieren (was auf einen größeren intrazellulären Pool von Rezeptoren hinweist, die auf die Rekrutierung an die Plasmamembran warten). Die Umsatzrate des D1-Rezeptors wurde nach Verabreichung von . bestimmt n-Ethoxylcarbonrl-2-ethoxy-1,2-dihydrochinolin (EEDQ). EEDQ induziert eine dosisabhängige Depletion (durch irreversible nicht-kompetitive Bindung) von Dopamin D1- und D2-Rezeptoren (mit deutlich geringerer Affinität für andere Monoaminrezeptoren) 26,27,28 . Ein spezifischer Antikörper für D1-Rezeptoren wurde dann verwendet, um die Wiederfindungsrate neuer D1-Rezeptoren zu überwachen. Diese Strategie wurde häufig verwendet, um die regionalen und altersabhängigen Unterschiede in der Erholung und dem Umsatz von DA-Rezeptoren 28,29,30 zu bewerten. Darüber hinaus (in Experiment 2) untersuchen wir, ob hohe kognitive Anforderungen eine schnelle Zunahme der Dichte von reifen D1-Rezeptoren fördern können. In beiden Fällen wurden Analysen am medialen präfrontalen Cortexl (mPFC) durchgeführt, wo frühere Arbeiten die höchste Übereinstimmung zwischen D1-Rezeptoraktivität und allgemeinen kognitiven Fähigkeiten gefunden haben.


Spielt der Zeitpunkt des Eisenmangels eine Rolle?

Die zuvor erwähnten Studien zur Nervenleitung bei Säuglingen liefern einige Hinweise darauf, dass die Auswirkungen eines Eisenmangels auf die biologische neuronale Funktion irreversibel sind ( 5, 12). Die Frage des Zeitpunkts eines Eisenmangels ist daher von großer Bedeutung. Diese biologischen Messungen sind die ersten Daten, die direkt die Behauptung stützen, dass menschliche Kleinkinder mit Eisenmangelanämie aufgrund biologischer Anomalien Entwicklungsverzögerungen erleiden. Da auch fast alle publizierten klinischen Interventionsstudien bei Säuglingen trotz Normalisierung des Eisenstatus keine vollständige Normalisierung der Funktionsfähigkeit zeigen, sind Forscher gezwungen, sich mit der Frage nach „kritischen Phasen“ der Entwicklung zu befassen, die unbedingt eine ausreichende Eisenversorgung erfordern Nahrung für die „normale“ Entwicklung. Eine Reihe von Tierstudien wurde in dem Versuch durchgeführt, den menschlichen Zustand und den Zeitpunkt des Nährstoffmangels nachzuahmen und zu modellieren, um mit dem Zeitpunkt des Spitzenrisikos für einen Eisenmangel bei Säuglingen zusammenzufallen ( 28). Da es keine Autopsiedaten von menschlichen Säuglingen gibt, die ausschließlich an Eisenmangel leiden, haben wir uns auf Tiermodelle und bildgebende Verfahren verlassen, um für die Existenz einer „kritischen Phase“ zu argumentieren. Obwohl der Entwicklungsverlauf bei der Ratte stärker komprimiert ist als beim Menschen, gibt es bei beiden Spezies die gleiche Sequenz der Zellmigration, signifikante Myelinisierung, zelluläre Differenzierung und erhöhte Expression von Neuropeptiden. Was beim Menschen 3–16 Monate postnatal aufzutreten scheint, tritt bei Ratten 7–25 Tage postnatal auf ( 28). Eisenmangel während der Laktation führt bei der Ratte zu einem signifikanten Verlust an regionalem Gehirneisen, der sich von den Regionen unterscheidet, die später im Leben Eisen mit diätetischen Einschränkungen verlieren ( 22) ( Abb. 4). Wichtig ist, dass die Wiederherstellung von Gehirneisen mit einer späteren aggressiven Nahrungs-Eisensättigung auch zu einer unvollständigen Wiederherstellung von Anomalien im Dopamin (DA)-Stoffwechsel und zu DA-bezogenen Verhaltensweisen (22, 29, 30), dh der Empfindlichkeit einer Gehirnregion gegenüber dem Verlust von Eisen während der Entwicklung hängt wahrscheinlich mit dem regionalen Entwicklungsbedarf für Eisen in diesem Zeitraum zusammen. Im Gegensatz zu der Auffassung, dass das Eisen im Gehirn „resistent“ gegen Eisenmangel ist, zeigen diese Experimente ganz klar, dass diätetische Behandlungen bei Nagern das Eisen im Gehirn innerhalb von 10 Tagen verringern und das Eisen innerhalb von 14 Tagen auffüllen können. Vergleichsdaten bei menschlichen Säuglingen oder Primatenmodellen fehlen, daher bleibt trotz vollständiger Wiederherstellung der hämatologischen Indizes des Eisenstatus Unsicherheit bezüglich der Vollständigkeit der Eisenrückgewinnung im Gehirn beim Menschen ( 5, 12).

Mikrodialyse-Dopamin (DA)-Gehalt von Caudatus-Putamen von Ratten mit Eisenmangelanämie (IDA), Kontrolle (CN), mit Eisen aufgefüllter (IR) und hämolytisch anämischer Ratte (PZ). Allen Tieren wurde nach 45 Minuten Kochsalzlösung und dann nach 1,5 Stunden 50 mg/kg Kokain intraperitoneal injiziert. Dialysat wurde alle 20 min gesammelt und durch HPLC gemessen. (Nelson et al. (29))

Mikrodialyse-Dopamin (DA)-Gehalt von Caudatus-Putamen von Ratten mit Eisenmangelanämie (IDA), Kontrolle (CN), mit Eisen aufgefüllter (IR) und hämolytisch anämischer Ratte (PZ). Allen Tieren wurde nach 45 Minuten Kochsalzlösung und dann nach 1,5 Stunden 50 mg/kg Kokain intraperitoneal injiziert. Dialysat wurde alle 20 min gesammelt und durch HPLC gemessen. (Nelson et al. (29))

Der große Wirbel um die Irreversibilität der Auswirkungen von Eisenmangel im Säuglingsalter beruht also auf mehreren Merkmalen: ich) konzentrierte sich die überwiegende Mehrheit der Studien am Menschen auf Säuglinge mit einem Eisenmangel im Alter von 12–24 Monaten ohne ähnlich sorgfältige Untersuchungen älterer Kinder. ii) Tiermodelle zeigen sehr deutliche irreversible Anomalien, die aus einem Eisenmangel während der Schwangerschaft und der frühen Laktation resultieren. iii) Berichte über Eisenmangel und Gehirnfunktion bei Jugendlichen und Erwachsenen zeigen im Allgemeinen eine Normalisierung des Verhaltens mit Korrektur des Eisenmangels ( 31). Ein kürzlich beschriebener klinischer Zustand namens Restless-Legs-Syndrom (RLS) scheint mit Defiziten des Eisengehalts und des Stoffwechsels im Gehirn in Verbindung zu stehen (32). MRT-Bilder zeigen eine Abnahme der Substantia nigra und des Eisengehalts im roten Kern. Die Schwere dieser Abnahme des Eisengehalts im Gehirn korreliert mit der Schwere der Symptome. Eine Reihe von Patienten ist ziemlich resistent gegen eine Eisensättigung mit der Nahrung, aber in den meisten Fällen verschwinden die Symptome mit hohen Dosen von intravenösem Eisendextran. Es ist sehr interessant, dass viele Patienten auf DA-Agonisten oder L-DOPA ansprechen, wenn RLS eine primäre Diagnose ist. Wie wir im nächsten Abschnitt präsentieren, gibt es klare Hinweise auf einen zellulären Zusammenhang zwischen dem DA-Stoffwechsel und dem Eisenstoffwechsel.


Inhalt

Die wichtigsten Neurotransmitter-Systeme sind das Noradrenalin (Noradrenalin)-System, das Dopamin-System, das Serotonin-System und das cholinerge System. Medikamente, die auf den Neurotransmitter solcher Systeme abzielen, beeinflussen das gesamte System und erklären die Wirkungsweise vieler Medikamente.

Die meisten anderen Neurotransmitter hingegen, z.B. Glutamat, GABA und Glycin werden sehr allgemein im gesamten zentralen Nervensystem verwendet.

  • Erregung (Erregung ist ein physiologischer und psychologischer Zustand des Wachseins oder der Reaktion auf Reize)
  • erhöhen (Introversion): [Klärung nötig]
    [10][10][10][10][10][10][10][11][11][11][11]
  • Muskel- und Motorsteuerungssystem
  • Erregung
  • belohnen

Noradrenalin-System Bearbeiten

Das Noradrenalin-System besteht aus rund 15.000 Neuronen, hauptsächlich im Locus coeruleus. [12] Dies ist im Vergleich zu den mehr als 100 Milliarden Neuronen im Gehirn winzig. Wie bei dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra neigen Neuronen im Locus coeruleus dazu, melaninpigmentiert zu sein. Noradrenalin wird von den Neuronen freigesetzt und wirkt auf adrenerge Rezeptoren. Noradrenalin wird oft kontinuierlich freigesetzt, damit es die unterstützenden Gliazellen auf kalibrierte Reaktionen vorbereiten kann. Obwohl es eine relativ geringe Anzahl von Neuronen enthält, spielt das Noradrenalinsystem bei Aktivierung eine wichtige Rolle im Gehirn, einschließlich der Beteiligung an der Unterdrückung der neuroinflammatorischen Reaktion, der Stimulation der neuronalen Plastizität durch LTP, der Regulierung der Glutamataufnahme durch Astrozyten und LTD und der Konsolidierung des Gedächtnisses . [13]

Dopaminsystem Bearbeiten

Das dopaminerge oder dopaminerge System besteht aus mehreren Bahnen, die beispielsweise vom ventralen Tegmentum oder der Substantia nigra ausgehen. Es wirkt auf Dopaminrezeptoren. [14]

Die Parkinson-Krankheit hängt zumindest teilweise mit dem Abfallen von dopaminergen Zellen in tiefen Hirnkernen zusammen, hauptsächlich den melaninpigmentierten Neuronen in der Substantia nigra, aber sekundär den noradrenergen Neuronen des Locus coeruleus. Behandlungen, die die Wirkung von Dopamin-Vorläufern verstärken, wurden mit mäßigem Erfolg vorgeschlagen und durchgeführt.

Dopaminpharmakologie Bearbeiten

    ZB blockiert die Wiederaufnahme von Dopamin und lässt diese Neurotransmitter länger in der synaptischen Lücke. verhindert die Umwandlung von Tyrosin in L-DOPA, der Vorläufer von Dopamin Reserpin verhindert die Dopaminspeicherung in Vesikeln und Deprenyl hemmt die Monoaminoxidase (MAO)-B und erhöht somit den Dopaminspiegel.

Serotonin-System Bearbeiten

Das vom Gehirn gebildete Serotonin macht etwa 10 % des gesamten Körperserotonins aus. Die Mehrheit (80-90%) findet sich im Magen-Darm-Trakt (GI). [15] [16] Es wandert entlang des medialen Vorderhirnbündels durch das Gehirn und wirkt auf Serotoninrezeptoren. Im peripheren Nervensystem (wie in der Darmwand) reguliert Serotonin den Gefäßtonus.

Serotonin-Pharmakologie Bearbeiten

    (SSRIs) wie Fluoxetin sind weit verbreitete Antidepressiva, die spezifisch die Wiederaufnahme von Serotonin mit geringerer Wirkung auf andere Transmitter blockieren. [17][18][19] blockieren auch die Wiederaufnahme biogener Amine aus der Synapse, können jedoch hauptsächlich Serotonin oder Noradrenalin oder beides beeinflussen. Sie dauern in der Regel 4 bis 6 Wochen, um alle Symptome einer Depression zu lindern. Es wird davon ausgegangen, dass sie sofortige und langfristige Auswirkungen haben. [17][19][20] ermöglichen die Wiederaufnahme biogener Amin-Neurotransmitter aus der Synapse, hemmen jedoch ein Enzym, das normalerweise einige der Transmitter nach ihrer Wiederaufnahme zerstört (metabolisiert). Weitere Neurotransmitter (insbesondere Serotonin, Noradrenalin und Dopamin) stehen zur Freisetzung in Synapsen zur Verfügung. MAO-Hemmer brauchen mehrere Wochen, um die Symptome einer Depression zu lindern. [17][19][21][22]

Obwohl unmittelbar nach der Einnahme dieser Antidepressiva Veränderungen der Neurochemie festgestellt werden, können sich die Symptome erst einige Wochen nach der Verabreichung bessern. Erhöhte Senderspiegel in der Synapse allein lindern die Depression oder Angst nicht. [17] [19] [22]

Cholinerges System Bearbeiten

Das cholinerge System besteht aus Projektionsneuronen aus dem Nucleus pedunculopontine, dem Nucleus tegmentalis laterodorsale und dem basalen Vorderhirn und Interneuronen aus dem Striatum und Nucleus accumbens. Es ist noch nicht klar, ob Acetylcholin als Neuromodulator über Volumenübertragung oder klassische synaptische Übertragung wirkt, da es Beweise gibt, die beide Theorien stützen. Acetylcholin bindet sowohl an metabotrope Muskarinrezeptoren (mAChR) als auch an die ionotropen Nikotinrezeptoren (nAChR). Es wurde festgestellt, dass das cholinerge System an der Reaktion auf Hinweise im Zusammenhang mit dem Belohnungsweg, der Verbesserung der Signalerkennung und der sensorischen Aufmerksamkeit, der Regulierung der Homöostase, der Vermittlung der Stressreaktion und der Kodierung der Bildung von Erinnerungen beteiligt ist. [23] [24]

GABA Bearbeiten

Gamma-Aminobuttersäure (GABA) hat eine hemmende Wirkung auf die Aktivität des Gehirns und des Rückenmarks. [17]

Neuropeptide Bearbeiten

Neuropeptide sind kleine Proteine, die für die Kommunikation im Nervensystem verwendet werden. Neuropeptide stellen die vielfältigste Klasse von Signalmolekülen dar. Es gibt 90 bekannte Gene, die menschliche Neuropeptid-Vorläufer kodieren. Bei Wirbellosen gibt es

50 bekannte Gene, die für Neuropeptid-Vorläufer kodieren. [25] Die meisten Neuropeptide binden an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, jedoch steuern einige Neuropeptide direkt Ionenkanäle oder wirken über Kinaserezeptoren.

    – eine große Familie endogener Neuropeptide, die im zentralen und peripheren Nervensystem weit verbreitet sind. Opiate wie Heroin und Morphin wirken an den Rezeptoren dieser Neurotransmitter. [26][27]

Neuromodulatoren können die Ausgabe eines physiologischen Systems verändern, indem sie auf die zugehörigen Eingaben (z. B. zentrale Mustergeneratoren) einwirken. Modellierungsarbeiten legen jedoch nahe, dass dies allein nicht ausreicht [28], da die neuromuskuläre Transformation von neuronalem Input zu muskulärem Output auf bestimmte Inputbereiche abgestimmt werden kann. Sternet al. (2007) schlagen vor, dass Neuromodulatoren nicht nur auf das Eingabesystem einwirken müssen, sondern die Transformation selbst ändern müssen, um die richtigen Muskelkontraktionen als Ausgabe zu erzeugen. [28]

Neurotransmittersysteme sind Systeme von Neuronen im Gehirn, die bestimmte Typen von Neurotransmittern exprimieren und somit unterschiedliche Systeme bilden. Die Aktivierung des Systems verursacht Effekte in großen Mengen des Gehirns, genannt Volumenübertragung. Volumenübertragung ist die Diffusion von Neurotransmittern durch die extrazelluläre Flüssigkeit des Gehirns, die an Punkten freigesetzt wird, die von den Zielzellen entfernt sein können, mit der resultierenden Aktivierung extrasynaptischer Rezeptoren und mit einem längeren Zeitverlauf als bei der Übertragung an einer einzelnen Synapse. [29] Eine solche verlängerte Senderwirkung nennt man tonische Übertragung, im Gegensatz zu dem phasische Übertragung das geschieht schnell an einzelnen Synapsen. [30] [31]

Neuromodulation bezieht sich auch auf eine neue Klasse medizinischer Therapien, die auf das Nervensystem zur Wiederherstellung der Funktion (wie bei Cochlea-Implantaten), zur Linderung von Schmerzen oder zur Kontrolle von Symptomen wie Tremor bei Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Krankheit abzielen. Die Therapien bestehen in erster Linie aus einer gezielten Elektrostimulation oder der Infusion von Medikamenten in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit mittels intrathekaler Arzneimittelabgabe, wie Baclofen gegen Spastizität. Zu den elektrischen Stimulationsgeräten gehören tiefe Hirnstimulationssysteme (DBS), umgangssprachlich als „Hirnschrittmacher“ bezeichnet, Rückenmarksstimulatoren (SCS) und Vagusnervenstimulatoren (VNS), die mit minimalinvasiven Verfahren implantiert werden, oder transkutane elektrische Nervenstimulationsgeräte, die unter anderem vollständig extern sind. [32]


Parkinson-Krankheit

Was führt zu der größten Reduktion der motorischen Symptome?

Größte Verbesserung der motorischen Symptome

Anwendung von Levodopa mit verlängerter oder kontrollierter Freisetzung = kein Unterschied b/w IR vs. CR nach 5 Jahren

Die Anwendung von COMT-Hemmern zur Verlängerung der Halbwertszeit von Levodopa = Entacapon führte zu einem schnelleren Auftreten von Diskinesien

Beginnen Sie mit der niedrigsten wirksamen Dosis

Carbidopa/Levodopa (Sinemet, Sinemet CR, Rytary ER)
Dosis:
Anfangs-IR: 25/100 TID
Anfangs-CR: 50/200 BID
Erste ER: 23.75/95 TID

Allgemeine Regeln:
Beginnen Sie niedrig und erhöhen Sie basierend auf der Reaktion
Kann eine Mischung aus Tablettenstärken und Formulierungen (IR & CR) von max. 200 mg Carbidopa und 2.000 mg Levodopa erfordern
Höhere/häufigere Dosen mit fortschreitender Parkinson-Krankheit

Entacapon (Comtan)
Dosis: 200 mg mit jeder Dosis Carbidopa/ Levodopa bis zu 8 mal täglich


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Arnt J, Hyttel J (1989)Selektive Inaktivierung von Dopamin D1 und D2 -Rezeptoren bei Ratten mit 6-Hydroxydopamin-Läsion: Beweise dafür, dass die Wirkung von D1 und D2 Agonisten können in Abwesenheit des heterologen DA-Rezeptors exprimiert werden. Pharmacol Toxicol 64:116–119

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BS and ME were responsible for the study concept. BS, ME, and AL were responsible for the study design. AL performed the experiments, performed the statistical analyses, and drafted the manuscript. LA, ME, and BS provided critical revision of the manuscript for intellectual contents. All authors critically reviewed content and approved the final version of the paper.

Data S1: Local perfusion of the acetylcholine esterase inhibitor neostigmine into the nAc increases extracellular levels of dopamine, an effect not blocked by a nicotinic antagonist. in vivo microdialysis performed in rat nucleus accumbens presented as DA % of baseline. Arrows indicate start of local drug perfusion at time-point 0 and addition or change of dose of perfused drug, at time-points 60 and 120. Perfusion with increasing concentrations of neostigmine elevated extracellular levels of DA. Perfusion of the unselective nicotinic antagonist mecamylamine did not significantly change DA levels and did not prevent the DA elevating effect of neostigmine. Note that in the neostigmine group, a low dose (1 μM) was perfused between time-point 0–60, while this dose was omitted in the group perfused with both mecamylamine and neostigmine. This was done in order to allow time to pre-perfuse with mecamylamine alone before co-perfusing with neostigmine. The start of the pre-perfusion with mecamylamine is marked with a red arrow in the figure.

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Materialen und Methoden

Themen

Subjects were 225 preweanling, adolescent, and adult rats. Male and female adult rats (n = 24) were purchased from Charles River (Hollister, CA) whereas, male and female adolescent (n = 177) and preweanling (n = 24) rats were born and bred at California State University, San Bernardino (CSUSB). Litters were culled to 10 pups on postnatal day (PD) 3 and weaned on PD 23. Preweanling rats were kept with the dam and littermates, whereas adolescent and adult rats were group housed with conspecifics. All rats were housed on racks in large polycarbonate maternity cages (56 × 34 × 22 cm) with wire lids. Food and water were freely available. The colony room was maintained at 22�ଌ and kept under a 12 L:12 D cycle. Subjects were cared for according to the “Guide for the Care and Use of Laboratory Animals” (National Research Council, 2010) under a research protocol approved by the Institutional Animal Care and Use Committee of CSUSB.

Gerät

Behavioral testing was done in commercially available (Coulbourn Instruments, Allentown, PA) activity monitoring chambers, consisting of acrylic walls, a plastic floor, and an open top (41 × 41 × 41 cm). Each chamber included an X–Y photobeam array, with 16 photocells and detectors, that was used to determine distance traveled (locomotor activity).

Drogen

For the behavioral experiment, NPA hydrochloride was dissolved in distilled water vehicle containing 0.1% metabisulfite (an antioxidant) whereas, EEDQ was dissolved in 100% dimethyl sulfoxide (DMSO). EEDQ was microinjected at a volume of 0.75 μl per side, while NPA was infused at a volume of 0.5 μl per side. A relatively greater volume of EEDQ was administered in order to ensure that NPA was not stimulating DA receptors located outside the area of EEDQ-induced alkylation (Der-Ghazarian et al. 2012, 2013). For the receptor binding experiment, EEDQ was dissolved in a 50% DMSO solution (1:1 (v/v) in distilled water) and injected intraperitoneally (IP) at a volume of 5 ml/kg (preweanling rats) or 1 ml/kg (adolescent and adult rats). (−)-Sulpiride was dissolved in a minimal amount of glacial acetic acid and diluted with distilled water. Nonlabeled ligands were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO), whereas [ 3 H]-domperidone (25 Ci/mmol) was purchased from American Radiolabeled Chemicals (St. Louis, MO).

Operation

On PD 38, anesthesia was induced by isoflurane (2.5𠄵%) mixed with oxygen. A topical lidocaine solution (1%) was applied to the scalp and ibuprofen (2 mg/kg IP) was administered. Rats were placed in a standard Kopf stereotaxic apparatus and the scalp was incised to reveal the skull. For the behavioral experiments, two craniotomies were performed and stainless steel guide cannulae (22 gauge Plastics One, Roanoke, VA) were implanted in the dorsal striatum (A/P +0.20, M/L ଒.8, D/V 𢄤.2 mm from bregma Paxinos and Watson 1998). Guide cannulae were implanted 1 mm above the target location and were fixed in place using cyanoacrylate gel followed by dental cement. Stainless steel stylets (Plastics One) were used to seal guide cannulae until time of testing. Rats were allowed to recover in a temperature-controlled chamber (30ଌ) until fully responsive.

Behavioral procedures

On PD 39 (24 h after surgery), adolescent rats (n = 144) were randomly divided into three conditions, after which the stainless steel stylets were removed and DMSO or EEDQ (50 or 100 μg) was bilaterally microinjected into the dorsal striatum at a volume of 0.75 μl per side. Similar doses of EEDQ have been microinjected into various basal ganglia and limbic structures of preweanling and adult rats (Cory-Slechta et al. 2002 Hemsley and Crocker 2001 Der-Ghazarian et al. 2012, 2013). Drugs were delivered at a constant rate over a 60 s period and the infusion cannulae were subsequently left in place for 2 min.

On PD 40, rats (n = 8 males and 8 females per group) were habituated to the testing chambers for 40 min. NPA (10 or 20 μg) or vehicle was bilaterally infused into the dorsal striatum at a volume of 0.5 μl per side. After drug infusions, rats were returned to the testing chambers for 40 min. Distance traveled (a measure of horizontal locomotor activity) was assessed continuously across the 80-min session. These procedures are identical to those used to test the effects of EEDQ and NPA in preweanling and adult rats (Der-Ghazarian et al. 2012, 2013).

D2 competition assays using DA and [ 3 H]-domperidone

On PD 17 (preweanling), PD 39 (adolescent), or PD 84 (adult), rats were given an IP injection of vehicle or EEDQ (2.5 or 7.5 mg/kg). After 24 h, rats (n = 4 males and 4 females per group) were killed by rapid decapitation and dorsal striatal sections were dissected bilaterally on an ice-cold dissection plate and stored at �ଌ. Tissue was prepared and assays were conducted as described in Seeman (2008). Briefly, striatal tissue was added to buffer (6 mg tissue per 1 ml buffer) consisting of 50 mM Tris-HCl (pH 7.4), 1 mM EDTA, 1.5 mM CaCl2, 5 mM KCl, 120 mM NaCl, and 4 mM MgCl2. Tissue was then homogenized using a motorized Teflon-glass homogenizer. Procedures for the three age groups were identical, with the exception that homogenates from PD 18 rats consisted of two pooled tissue samples.

For the competition assays, duplicate incubation tubes contained 0.15 ml of striatal homogenate, 1.2 nM [ 3 H]-domperidone, and various concentrations of DA. Nonspecific binding was determined in the presence of 10 μM (−)-sulpiride. Total volume for each tube was 0.5 ml. The tubes were then incubated at room temperature for 2 h. Incubation was terminated by vacuum filtration over glass fiber filters (Whatman GF/C, presoaked in assay buffer). Radioactivity was measured by liquid scintillation spectrometry.

Histology

After behavioral testing, adolescent rats were given an overdose of sodium pentobarbital and brains were fixed in 4% paraformaldehyde. Brains were cryoprotected in a 20% sucrose solution, sectioned coronally (70 μm) using a cryostat, and then stained with thionin. Histological assessment of cannula placements was done by observers blind to drug treatment conditions. Overall, 94.7% of rats had proper guide cannula placements in the dorsal striatum. Data from animals with inappropriate cannula placements were not included in the statistical analyses and replacement rats were added as needed. A photomicrograph and schematic showing guide cannula placements can be seen in Fig. 1 .

Schematic representations (a), as well as a typical photomicrograph (b), of cannula placements in the dorsal striatum of adolescent rats from the behavioral experiment. In all cases, numbers on the right indicate distance (mm) from Bregma using coordinates from the rat brain atlas of Paxinos and Watson (1998).

Additional adolescent rats (n = 9) received unilateral microinjections (0.75 μl per side) of 50 or 100 μg EEDQ (DMSO was administered in the opposite hemisphere) and D1 receptor autoradiography was used to determine dispersion. D1 autoradiography was used because the low levels of background radiation afforded a more precise assessment of dispersion. Briefly, 20 μM slices from the dorsal striatum were assayed for D1 binding sites with [ 3 H]-SCH23390 and apposed to x-ray film for 10 weeks (Crawford et al. 2011 Der-Ghazarian et al. 2013). EEDQ spread in a generally concentric pattern that encompassed the medial and most of the lateral portion of the dorsal caudate-putamen ( Fig. 2 ). To determine dispersion of NPA, additional preweanling and adult rats received bilateral microinjections (0.5 μl per side) of crystal violet and brains were removed 5 or 30 min later. Examination of coronal sections indicated that dye was restricted within the dorsal striatum.

Representative autoradiograms showing the dispersion of 75 μl EEDQ (left hemisphere) or DMSO (right hemisphere) in the dorsal striatum on PD 39. (a) 50 μg EEDQ (b) 100 μg EEDQ.

Datenanalyse

Litter effects were minimized by assigning no more than one subject from each litter to a particular group (for a discussion of litter effects, see Zorrilla 1997). For the behavioral experiments, separate repeated measures (5-min time blocks) analyses of variance (ANOVAs) were used for statistical analysis of time blocks 1𠄸 (habituation) and 9� (testing). When required, significant higher order interactions (e.g., Pretreatment × Agonist × Sex × Time block) were further analyzed using lower order ANOVAs. When the assumption of sphericity was violated, as determined by Mauchly's test of sphericity, the Huynh-Feldt epsilon statistic was used to adjust degrees of freedom (Huynh and Feldt 1976). Corrected degrees of freedom were rounded to the nearest whole number and are indicated by a superscripted 𠇊”. For the homogenate ligand binding assays, separate 3 × 2 × 3 (age × sex × pretreatment) ANOVAs were used to analyze specific binding (fmol/mg wet weight tissue) and the fraction of D2 receptors in the high affinity state (i.e., D2 High receptors). The percentage of D2 High receptors for each [ 3 H]-domperidone/DA competition assay was determined using nonlinear regression for a two-site model (GraphPad Software, San Diego, CA). Post hoc analysis of both the behavioral and receptor binding data was done using Tukey tests (Pπ.05).


Competitive and Noncompetitive Antagonists

Antagonists interact with receptors, but unlike agonists, have no intrinsic activity. Thus, the drug-receptor complex does not produce a biological response. However, since antagonists occupy the receptor, they will inhibit the interaction between the agonist and the receptor according to the principles of mass action, resulting in an inhibition of the agonist-induced pharmacological response. Endogenous compounds such as hormones, neurotransmitters and autacoids are agonists and elicit a response by activating receptors. Therefore, specific antagonists of those receptors are able to inhibit a variety of physiological and pathological processes in which endogenous compounds are involved as agonists.

Pharmacologic antagonists can either interact with the receptor reversibly or irreversibly depending on their rate of dissociation from the receptor. The inhibitory effects of reversible competitive antagonists can be overcome by increasing agonist concentration. This type of blockade is also referred as surmountable. Thus, the dose-response curve for an agonist in the presence of a reversible antagonist is shifted to the right, but there is no change in the maximum response.

The Kd value, the equilibrium dissociation constant for an antagonist, can be determined by evaluating the response of the agonist, D, in the absence and in the presence of the antagonist [68,69]. If the response produced by the agonist in the presence of a competitive antagonist, I, is the same as that produced in the absence of the antagonist, then the fraction of receptors occupied by the agonist ([DR]/Rt) under both conditions should be the equal. Therefore, the equation for the proportion of receptors occupied by the agonist alone should equal that for the proportion of receptors occupied by the agonist in the presence of the antagonist.

The ratio of the agonist concentrations in the presence and absence of antagonist (inhibitor or blocker) that will produce equivalent responses is termed the dose-ratio. This equation relates the dose-ratio to the KD and the concentration of inhibitor. The dose-ratio for the agonist depends on the concentration of antagonist and the affinity of the antagonist. It does not depend upon the size of the agonist-induced response. The dose-ratio is evaluated graphically to determine the KD of the antagonist. The equation for calculation of KD is presented below.

To determine the dose-ratio, concentration-effect curves for the agonist are plotted against different concentrations of the competitive antagonist. As the concentration of the competitive antagonist is increased, the agonist-response curves will exhibit a parallel shift to the right with no change in the maximum response. From these agonist-response curves, the dose ratios at EC50 of the agonist can be determined (Refer to the figure 7).

rearrange B= Concentration KD=Dissociation constant log Kd= log [B] - log (r-1) pA2 = - log [B] + log (r-1)

Konzentration

Abbildung. 7. The concentration-effect curves of two drugs A & B of different potencies are presented. Percent Effect is on vertical axis. In the presence of antagonist, the curve of each agonist is shifted to an equal extent i.e., the dose-ratio (r) = ED50 with blocker/ ED50 control, are equal or (a=b). Equal ratios generally indicate that both agonists act on a single type of receptor [69,70]. Figure reproduced from Patil [70] with permission credits to Indian Journal of Experimental Biology of the National Institute of Science, Communication and Information Resources (CSIR), India.

Figure 8. Schild plot for the antagonistic effects of phentolamine on a receptors of rat aorta. The agonist used was norepinephrine. The Y axis is log (DR - 1). X axis shows the concentration of the competitive antagonist, phentolamine. Note that the plot produces a straight line with a slope of 1. The X intercept is called the pA2 and is equal to -log KD , Figure from Patil et al. [71] with permission from Elsevier.

Figure 8. Schild plot for the antagonistic effects of phentolamine on a receptors of rat aorta. The agonist used was norepinephrine. The Y axis is log (DR - 1). X axis shows the concentration of the competitive antagonist, phentolamine. Note that the plot produces a straight line with a slope of 1. The X intercept is called the pA2 and is equal to -log KD , Figure from Patil et al. [71] with permission from Elsevier.

A Schild plot (Figure 8) refers to the regression line generated by graphing log (DR-1) on the Y axis against log concentration of antagonist on the X axis. This plot gives a straight line with a slope of 1. When the dose ratio is 2, then DR -1 = 1, and the log of 1 = 0. The X intercept is log KD which is the equilibrium dissociation constant of the competitive antagonist.

The term pA2, which has been used to describe the potency of a competitive antagonist, is the negative logarithm of the molar concentration of antagonist that produces a dose ratio (D]j/[D]) of 2. Thus, pA2 = -log KB, KB or KD represents the affinity of the blocker for the receptor and is expressed in molarity units. It is independent of the agonist being used and the size of the response. If two agonists act on the same type of receptor, a fixed concentration of an antagonist will antagonize the response of both agonists to the same extent, producing the same KB. Antagonists are useful for characterization of the receptor activated by the agonists. Similarities in the chemical structures of agonists do not mean that a single type of receptor is activated. The receptor type can be characterized by the KB values of the competitive blocker against agonists.

In contrast to a competitive reversible antagonist, an irreversible antagonist tightly binds to the receptor usually by covalent bonding and dissociates very slowly, if at all, from the receptor. A nonequilibrium type of block is produced. Consequently, the receptor is occupied by the inhibitor, and the inhibition cannot be overcome by increasing the concentration of agonist. In other words, the blocking action is unsurmountable. As mentioned above, under conditions in which the response of an agonist is limited by the number of receptors, an irreversible antagonist will decrease the slope and the maximum response of the agonist-response curve. However, when spare receptors are present, the irreversible antagonist can inhibit the response of the agonist, which is reflected by a shift in the agonist-response curve to the right without decreasing the maximum response. In this case, although there is a decline in the number of receptors, there are still sufficient receptors available to produce a maximum response. The maximum response produced by a partial agonist, however, may be easily reduced by the irreversible inhibitor. This is because partial agonists have lower efficacies than full agonists and, therefore, must occupy a higher fraction of receptors to produce the same response as a full agonist. Consequently, for a partial agonist there is less receptor reserve.

Receptors can be protected from inactivation by irreversible antagonists by administering a competitive antagonist or an agonist prior to the exposure of the tissue to the irreversible antagonist. The competitive antagonist and the agonist will compete for the receptor sites and prevent the irreversible antagonist from interacting with these receptors.

It can be difficult in the laboratory to distinguish between a competitive reversible antagonist and an irreversible antagonist on the basis of their duration of action. A lipid soluble competitive antagonist may be retained by the tissue for a prolonged period, resulting in long term receptor antagonism. For example, the P-receptor antagonism produced by the competitive antagonist, propranolol, may have a long duration of action, giving propranolol the appearance of pseudo-irreversibly blockade of P - adrenoceptors.