24 Forschungsbericht der Medizinischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg (Berichtszeitraum 2009 – 2010)

Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und ToxikologieLehrstuhl für Klinische Pharmakologie und Klinische Toxikologie

AdresseFahrstraße 17 91054 Erlangen Tel.: +49 9131 8522772 Fax: +49 9131 8522773 www.pharmakologie.uni-erlangen.de

VorstandProf. Dr. med. Martin F. Fromm

AnsprechpartnerProf. Dr. med. Martin F. Fromm Tel.: +49 9131 8522772 Fax: +49 9131 8522773 fromm@pharmakologie.med.uni-erlangen.de

Forschungsschwerpunkte• Molekulare Charakterisierung von

Arzneimittel-Transportproteinen• Expression und Funktion von Aufnahme-

transportern im Gastrointestinaltrakt• Pharmakogenomik• Molekulare und klinische Charak-

terisierung von Therapiezielen im L-Arginin-NO-Nitrat-Stoffwechsel

• Arzneimitteltherapiesicherheit (AMTS)

Struktur der Einrichtung

Der Lehrstuhl für Klinische Pharmakologie und Klinische Toxikologie bildet zusammen mit dem Lehrstuhl für Pharmakologie und Toxikolo-gie und der Doerenkamp-Stiftungsprofessur für Innovationen im Tier- und Verbraucherschutz das Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie. Als geschäfts-führender Direktor des Instituts wechseln sich in zweijährigem Turnus die Lehrstuhlinhaber für Pharmakologie und Toxikologie (Prof. A. Ludwig) und für Klinische Pharmakologie und Klinische Toxikologie (Prof. M. Fromm) ab.Am Lehrstuhl arbeiten insgesamt 32 Mitarbei-ter (davon 13 über Drittmittel finanziert). Die Forschungsarbeiten werden durch 8 promo-vierte Wissenschaftler/innen (davon 3 Fach-ärzte für Klinische Pharmakologie), 10 natur-wissenschaftliche und medizinische Doktoran-den/innen und 8 technische Assistenten/innen durchgeführt.Mittels molekular- und zellbiologischer Metho-den sowie durch klinische und epidemiologi-sche Studien untersuchen die Arbeitsgruppen des Lehrstuhls Ursachen interindividuell unter-schiedlicher Wirkungen von Arzneistoffen. Der Lehrstuhl verfügt über exzellente Möglichkei-ten zur Arzneistoffanalytik und eine Einheit zur

Durchführung von klinischen Studien. Zudem existiert für die Ärzte des Universitätsklinikums sowie für externe Ärzte ein Arzneimittelinfor-mations-Service.In Forschungsprojekten, die u. a. durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die Deutsche Krebshilfe, das Bundesministerium für Gesundheit (BMG) und das Bundesminis-terium für Bildung und Forschung (BMBF) ge-fördert sind, werden folgende Themen bear-beitet: Aufnahme- und Efflux-Transporter für Arzneimittel, genetische Determinanten der Arzneimittelwirkungen (Pharmakogenomik), Arzneimittel metabolismus, Arzneimittelauf-nahme in Tumoren, kardiovaskuläre Pharma-kologie und Risikofaktoren, Störungen des L-Ar-ginin-Stickstoffmonoxid-(NO-) Stoffwechsels, Arzneimitteltherapiesicherheit (AMTS).

Forschung

Molekulare Charakterisierung von Arzneimittel-TransportproteinenProjektleiter: J. König, M.F. FrommTransportproteine in Plasmamembranen spie-len eine entscheidende Rolle bei der Aufnah-me, der Verteilung und der Exkretion von Arz-neimitteln. Änderungen von Transportraten können mit unerwünschten Arzneimittelwir-kungen einhergehen. Molekulare Mechanis-men, welche solche Änderungen hervorrufen können, sind transportervermittelte Arznei-mittelinteraktionen sowie Polymorphismen in Genen, die für Arzneimitteltransporter kodie-ren. Neben der Untersuchung der Expression und Lokalisation bisher nur ungenügend cha-rakterisierter Transportproteine sowie der Eta-blierung neuer in vitro Zellmodelle steht die Analyse dieser beiden Vorgänge im Mittel-punkt des Forschungsinteresses dieser durch die DFG sowie die Deutsche Krebshilfe geför-derten Projekte.So ist bisher nur unzureichend untersucht, wel-che Aufnahmetransporter der OATP (organic anion transporting polypeptides) Familie in gesundem Brustgewebe und im Mammakar-zinom exprimiert werden. In einer Kooperati-on mit der Frauenklinik sowie dem Pathologi-schen Institut des Universitätsklinikums Erlan-gen konnte erstmals die Expression und Loka-lisation der OATP-Familienmitglieder OATP2B1, OATP3A1 und OATP5A1 in beiden Gewebety-pen charakterisiert werden. Da Hormonmeta-bolite zum Substratspektrum dieser Aufnahme-transporter gehören und Hormonrezeptormo-dulatoren bei der Behandlung des Mammakar-

zinoms eingesetzt werden, können diese Daten helfen, die Entstehung und Behandlung die-ser Tumorerkrankung besser zu verstehen. Die funktionellen Konsequenzen genetischer Vari-ationen in OATP1B1 wurden in einer Koope-rationsstudie mit der Universität Paris unter-sucht. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass Metabolite des Immunsuppressivums My-cophenolat von der häufig vorkommenden Va-riante OATP1B1*5 weniger aktiv transportiert werden und dass dadurch die Verträglichkeit dieses Arzneimittels bei Patienten nach Nieren-transplantation beeinflusst wird.

Expression und Funktion von Aufnahme-transportern im GastrointestinaltraktProjektleiter: H. GläserDie Kenntnisse über die klinische Bedeutung von gastrointestinal exprimierten Aufnahme-transportern aus der OATP Familie für die Arz-neimittelresorption sowie für physiologische und pathophysiologische Vorgänge im Gast-rointestinaltrakt beim Menschen sind immer noch gering. Es konnte von uns im Rahmen die-ses DFG-geförderten Projekts gezeigt werden, dass der Prostaglandintransporter OATP2A1 in den Belegzellen der humanen Magenschleim-haut lokalisiert ist. Interessanterweise wird die Funktion dieses für Prostaglandine spezifischen Transporters durch NSAIDs in unterschiedlicher Art und Weise beeinflusst. So führen einige Ver-treter dieser Arzneistoffe zu einer Inhibition des OATP2A1-vermittelten PGE2-Transportes, wäh-rend andere die Funktion von OATP2A1 stimu-lieren. Möglicherweise sind diese funktionellen Modifikationen zusätzlich zur bekannten Cyclo-oxygenasehemmung durch NSAIDs auch am Auftreten von NSAID-induzierten gastrointes-tinalen Nebenwirkungen wie Ulzerationen und Blutungen beteiligt.Weiterhin wurde mittels in vitro Analysen die mögliche Bedeutung der intestinal expri-mierten Aufnahmetransporter OATP1A2 und OATP2B1 für Arzneimittel-Interaktionen unter-sucht. Für diese beiden Transporter wird eine Beteiligung an der intestinalen Resorption ei-niger Arzneistoffe angenommen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die OATP1A2-ver-mittelte und die OATP2B1-vermittelte zellulä-re Aufnahme von Fexofenadin (Antihistami-nikum) bzw. Atorvastatin (HMG-CoA-Reduk-tase-Hemmer) durch natürlich vorkommende Flavonoide gehemmt wird. Die Inhibition von OATP1A2 und OATP2B1 durch Flavonoide stellt somit einen neuen möglichen Mechanismus von Arzneimittel/Arzneimittel- oder Lebensmit-tel/Arzneimittel-Interaktionen dar.

KLINISCH-THEORETISCHE INSTITUTE

Forschungsbericht der Medizinischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg (Berichtszeitraum 2009 – 2010) 25

PharmakogenomikProjektleiter: O. Zolk, M.F. FrommEs gibt häufig erhebliche Unterschiede in der Reaktion von Individuen auf Arzneistoffe ent-weder im Sinne eines Therapieversagens oder einer erhöhten Unverträglichkeit. Im Fokus steht die Untersuchung der erblichen Unter-schiede in der Reaktion von Individuen auf Arz-neistoffe durch den Nachweis von Varianten (Polymorphismen) in Genen, die für den Trans-port oder den Metabolismus dieser Arzneistof-fe im Körper verantwortlich sind. Es wurde beispielsweise in einer klinischen Studie der Zusammenhang zwischen genetischen Varia-tionen von arzneistoff-metabolisierenden En-zymen (CYP2C19) und der plättchenaggrega-tionshemmenden Wirkung des sehr häufig eingesetzten Clopidogrels aufgeklärt (Koope-rationsprojekt mit dem Herz-Zentrum Bad Kro-zingen). Ferner wurde die Bedeutung der po-lymorphen Expression von Transportproteinen für die Pharmakokinetik des oralen Antidiabe-tikums Metformin evaluiert. In einer weiteren Studie wurde untersucht, inwieweit die Phar-makokinetik des Diuretikums Torasemid durch das Geschlecht oder durch genetische Unter-schiede in der Biotransformation und im Trans-port beeinflusst wird.

Molekulare und klinische Charakterisierung von Therapiezielen im L-Arginin-NO-Nitrat-StoffwechselProjektleiter: R. MaasEin Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgrup-pe liegt in der experimentellen und klini-schen Charakterisierung neuer kardiovaskulä-rer Risikofaktoren als mögliche Ziele für thera-peutische Interventionen. Aktuell beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Regulation des L-Arginin-Stickstoffmonoxid-(NO)-Signalweges durch endogene Hemmstoffe wie ADMA und SDMA und deren Metabolismus und Transport. Für Untersuchungen in vitro und in vivo wurden und werden Nachweismethoden entwickelt, die auf Isotopentechniken und Massenspekt-rometrie basieren. In einem IZKF-Projekt wer-den in Zusammenarbeit mit Kollegen Medizi-nischen Klinik 4 alternative Metabolisierungs-wege für Methylarginine untersucht. In einem DFG Projekt führen wir in Kooperation mit Kol-legen vom Erlanger Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umwelt medizin und der Framingham Heart Study in den USA Unter-suchungen zum Nitratstoffwechsel durch. Wei-tere Forschungskooperationen zu diesem The-mengebiet bestehen derzeit zum Institute of Bio-Medicine of the National Research Coun-cil in Italien und zur Ohio State University, Ohio, USA.

Arzneimitteltherapiesicherheit (AMTS)Projektleiter: R. Maas, M.F. FrommEinen weiteren Forschungsschwerpunkt am Lehrstuhl stellt die Arzneimitteltherapiesicher-heit dar. Als Partner in einem BMG-geförder-ten Projekt begleiten wir derzeit die Umsetzung

von Maßnahmen zur Verbesserung der Arznei-mitteltherapiesicherheit in einer Medizinischen Notaufnahme in Fürth. Im BMBF-Spitzencluster „Medical Valley Europäische Metropolregion Nürnberg“ beteiligen wir uns als Projektpart-ner im Verbund Therapiesysteme an der Ent-wicklung von Software und chemoinformati-schen Datenbanken zur Verbesserung der Arz-neimitteltherapiesicherheit.

Lehre

Der Lehrstuhl koordiniert den Querschnittsbe-reich Q9 „Klinische Pharmakologie / Pharmako-therapie“ für die Studierenden der Humanme-dizin, in welchem u. a. durch problemorientier-tes Lernen Studierende aktiv die Pharmakothe-rapie anhand von Patientenfällen erarbeiten. Daneben trägt der Lehrstuhl zur klinisch-phar-makologischen Ausbildung durch Vorlesun-gen, Seminare und Praktika für Studierende der Zahnmedizin, der Molekularen Medizin, der Pharmazie und des Master-Studiengangs Medical Process Management bei. Studierende der Pharmazie können am Lehrstuhl einen Teil ihres praktischen Jahres ableisten.

Ausgewählte Publikationen

Birkenfeld AL, Jordan J, Hofmann U, Busjahn A, Franke G, Krüger N, Igel S, Mürdter T, Drescher S, Shi S, Engeli S, Schwab M, Eichelbaum M, Luft FC, Fromm MF (2009) Genetic influences on the pharmacokinetics of orally and intravenously administered digoxin as exhibited by mono-zygotic twins. Clin Pharmacol Ther, 86: 605-8

Maas R, Xanthakis V, Polak JF, Schwedhelm E, Sullivan LM, Benndorf R, Schulze F, Vasan RS, Wolf PA, Böger RH, Ses-hadri S (2009) Association of the endogenous nitric oxide

synthase inhibitor ADMA with carotid artery intimal media thickness in the Framingham Heart Study offspring cohort. Stroke, 40: 2715-9

Franke RM, Kosloske AM, Lancaster CS, Filipski KK, Hu C, Zolk O, Mathijssen RH, Sparreboom A (2010) Influence of Oct1/Oct2-deficiency on cisplatin-induced changes in urinary N-acetyl-beta-D-glucosaminidase. Clin Cancer Res, 16: 4198-206

Hochholzer W, Trenk D, Fromm MF, Valina CM, Stratz C, Bestehorn HP, Büttner HJ, Neumann FJ (2010) Impact of cytochrome P450 2C19 loss-of-function polymorphism and of major demographic characteristics on residual platelet function after loading and maintenance treatment with clopidogrel in patients undergoing elective coronary stent placement. J Am Coll Cardiol, 55: 2427-34

Mandery K, Bujok K, Schmidt I, Wex T, Treiber G, Mal-fertheiner P, Rau TT, Amann KU, Brune K, Fromm MF, Glaeser H (2010) Influence of cyclooxygenase inhibitors on the function of the prostaglandin transporter organic anion-transporting polypeptide 2A1 expressed in human gastroduodenal mucosa. J Pharmacol Exp Ther, 332: 345-51

König J, Zolk O, Singer K, Hoffmann C, Fromm M (2011) Double-transfected MDCK cells expressing human OCT1/MATE1 or OCT2/MATE1: determinants of uptake and tran-scellular translocation of organic cations. Br J Pharmacol, 163: 546-55

Internationale Zusammenarbeit

Prof. Mikko Niemi, Department of Clinical Pharmacology, University of Helsinki, Helsinki, Finland

Prof. Laurent Becquemont, Service de Pharmacologie, Hopital Bicetre, Le Kremlin Bicetre Cedex, France

Prof. Ramachandran Vasan, Framingham Heart Study, Framingham, MA, USA

Prof. Arturo Cardounel, Ohio State University, Internal Medicine and Pharmacology, Columbus, OH, USA

Forschungsrelevante Großgeräte

Applied Biosystems API 4000 MS/MS System Package

Zeiss Konfokales Laserscanning-Mikroskop LSM 5 Pascal

Schematische Darstellung von Mechanismen wichtiger unerwünschter Arzneimittelwirkungen, die durch die Beeinflussung von Transporterproteinen verursacht werden. Graue Kreise: Arzneimittelmoleküle; oval: membranäre Arzneimitteltransporter

OATP1B1

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Hepatocytes

OATP1B1

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Hepatocytes

BSEP

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XX Cholestasis

Hepatocytes

BSEP

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XX Cholestasis

Hepatocytes

Leber

CNS toxicity

PGP

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Endothelial cells of theblood-brain barrier

CNS toxicity

PGP

PGPXX

Endothelial cells of theblood-brain barrier

OCT2MATE

OCT2MATE Nephrotoxicity

Proximal tubule cells

OCT2MATE

OCT2MATE Nephrotoxicity

Proximal tubule cells Niere

Gehirn

Hepatozyten

Hepatozyten

Zellen des proximalen Tubulus

Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke

Cholestase

Nephro-toxizität

ZNS-Toxizität

Zeit

Plasmak

onzentration