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Stenzel, Jochen (2007): Einfluss des Paraoxonase-Phänotyps auf die Abbaugeschwindigkeit hochtoxischer Phosphoryloxime: Ein pharmakogenetischer Faktor, der die Wirksamkeit der Obidoxim-Therapie bei Organophosphat-Vergiftungen beeinflusst. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die Fähigkeit der meisten aktiven Pyridinium-4-Aldoxime, wie Obidoxim und Trimedoxime, zur Reaktivierung phosphorylierter Acetylcholinesterase (AChE) ist noch nicht vollständig untersucht, da es zur unvermeidbaren Bildung von Phosphoryloximen (POX) kommt, diese sind ihrerseits extrem potente Inhibitoren der AChE. Vermutet wird das Vorliegen eines topochemischen Gleichgewichts am aktiven Zentrum, wobei das eben reaktivierte Enzym sofort durch POX wieder re-inhibiert wird. In der folgenden Arbeit wurden Dimethylphosphoryl-, Diethylphosphoryl- und Diisopropylphosphoryl-Obidoxime Verbindungen synthetisiert und isoliert. Ihre Hemmkonstanten gegenüber der AChE humaner Erythrozyten waren um den Faktor 2250, 480 und 600 höher, als die Entsprechenden von Paraoxon-methyl, Paraoxon-ethyl und Diisopropylfluorophosphat. Alle drei POX-Verbindungen wurden durch humane Paraoxonase 1 (PON1) hydrolysiert, dabei war das Alloenzym PON1 192Q um den Faktor 50 aktiver als PON1 192R. Das Verhältnis der Hydrolysegeschwindigkeiten mit Obidoxime als Produkt war 1:6:0,03 für die jeweiligen POX-Verbindungen. Die Geschwindigkeit des nicht-enzymatischen Zerfalls mit Obidoxime-Mononitril als Produkt war bei allen POX-Verbindungen ähnlich und zeigte eine hohe Temperaturabhängigkeit (Aktivierungsenergie 83 kJ/mol), während die enzymatische Hydrolyse weniger Energie benötigte (16 kJ/mol); aus diesem Grund wurde zur Bestimmung der POX-Hydrolase-Aktivität eine Reaktionstemperatur von 20 °C gewählt. Das Auftragen der POX-Hydrolase gegenüber der salz-stimulierten Paraoxonase-Aktivität zeigte besonders deutliche die Differenzierung der PON1 Q192R Alloenzyme. Eine Erklärung dafür könnte die abstoßende Wechselwirkung zwischen der Ladung des quarternären Stickstoffatoms des protonierten Argininrestes und dem bisquarternären POX liefern. Hieraus kann man schlussfolgern, dass der pharmakogenetisch relevante PON1 Q192R Polymorphismus eine weitere Ursache für die große Variabilität der Wirksamkeit Obidoxim-behandelter Patienten ist.

Abstract

The potential of the most active pyridinium-4-aldoximes, such as obidoxime and trimedoxime, to reactivate phosphorylated acetylcholinesterase is not fully exploited because of inevitable formation of phosphoryloximes (POXs) with extremely high anticholinesterase activity. Hence, a topochemical equilibrium is expected at the active site, with the freshly reactivated enzyme being rapidly re-inhibited by POX produced during reactivation. In the present study, dimethylphosphoryl-, diethylphosphoryl-, and diisopropyl-obidoxime conjugates were generated and isolated in substance. Their inhibition rate of acetylcholinesterase from human red cell membranes was by a factor of 2250, 480 and 600 higher than that observed with paraoxon-methyl, paraoxon-ethyl, and diisopropyl phosphorofluoridate, respectively. All three POXs were hydrolyzed by human paraoxonase (PON1), with the alloenzyme PON1192Q being about 50-fold more active than PON1192R. The rate of hydrolysis, yielding obidoxime, was 1:6:0.03 for the three POXs, respectively. The rate of non-enzymic degradation, yielding obidoxime mononitrile, was similar with the three POXs and showed a high dependency on the reaction temperature (activation energy 83 kJ/mol), while enzymic hydrolysis required less energy (16 kJ/mol). To determine POX-hydrolase activity, we preferred a reaction temperature of 20 8C to reduce the noise of spontaneous degradation. A plot of POX-hydrolase versus salt-stimulated paraoxonase activity showed a highly discriminating power towards the PON1Q192R alloenzymes, which may be based on repulsive forces of the quaternary nitrogen atoms of the protonated arginine subtype and the bisquaternary POXs. It is concluded that the pharmacogenetic PON1Q192R polymorphism may be another contributor to the large variability of susceptible subjects seen in obidoxime-treated patients.