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Frevert, Marie Louise (2017): 24 drugs as potential SKP2 Inhibitors: a novel approach to finding new antidepressants. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

Major depression is a debilitating and highly prevalent disease that up to now has been treated predominantly with antidepressants that increase the availability of serotonin and/or noradrenaline in the synaptic cleft. High rates of non-responders to first line therapy and high levels of chronicity within patients, however, demonstrate the limits of the monoamine hypothesis of depression. Thus the search for novel, more-rapidly acting and more effective antidepressants has become the focus of much research during the past years. Autophagy, a process whereby cells salvage and recycle cellular macromole-cules or organelles involving dynamic reorganization and fusion of membranous structures in response to stress, has been implicated as playing a role in several diseases, namedly different cancers and neurodegenerative diseases such as Parkinson’s, Huntington’s and Alzheimer’s. It has recently been observed that autophagic markers such as Beclin1 were increased following treatment with serotonin reuptake inhibitors and conversely, a stabilisation of Beclin1 (and therefore autophagic pathways) might lead to an antidepressant-like effect. 24 substances that were found to be inhibitors of the SKP2 E3 ligase via a high throughput screen were tested as potential autophagy inducers and thus novel antidepressants and primary rat astrocytes were treated with them in non-toxic concentrations. Effects on autophagic markers or molecules involved in autophagy such as Beclin1, LC3, and Vps34, as well as the cyclin dependent kinase p27, were investigated via Western Blot. In addition, effects on autophagic flux were determined with Bafilomycin A1 and p62 degradation assays. As a result, I could show that drugs such as Salinomycin, Celecoxibe, Etoposide, Xanthohumol and Perphenazine increased autophagic markers, making them promising candidates for the treatment of major depression. The effects of Salinomycin were further tested on mice subjected to a forced swim test. Here, Salinomycin was found to increase struggling and to decrease the time spent floating, thus exhibiting an antidepressant-like effect. An increase in autophagy seems to harbor a large psychopharmacological potential. Yet it still needs to be seen whether autophagy, the recycling of proteins per se, or the membrane processes kicked off by the initiator complexes underly the antidepressant action. Hence, before proceeding to test the respective substances in clinical trials, further research is needed to expand the range of autophagic markers examined, check the drugs’ blood-brain-barrier crossing potentials, and test the substances in further animal experiments.

Abstract

Major Depression ist eine belastende, weit verbreitete Krankheit. Derzeit wird sie meist mit Antidepressiva behandelt, welche die Verfügbarkeit von Serotonin und/oder Noradrenalin im synaptischen Spalt erhöhen. Eine hohe Anzahl von depressiven Patienten reagiert jedoch entweder gar nicht oder in insuffizientem Maße auf diese Erstlinientherapie: Niedrige Remissions- und hohe Chronifizierungsraten sowie der verzögerte Wirkeintritt von bis zu 6 Wochen deuten darauf hin, dass die Monoaminmangelhypothese unzulänglich ist. Daher bedarf es der Entwicklung neuer – mehr spezifischer, potenterer und schneller wirkender - Antidepressiva . In der Pathogenese von verschiedenen Krankheiten wie zum Beispiel diverser Krebsarten und neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und Huntington scheint die Autophagie, ein intrazellulärer Prozess eine große Rolle zu spielen, bei dem Zellen Makromoleküle und Zellbestandteile abbauen und wiederverwerten. Neue Studien konnten zeigen, dass Marker der Autophagie sowie in den Prozess eingebundene Moleküle wie z.B. Beclin1 auch nach einer antidepressiven Therapie mit Serotonin Wiederaufnahmehemmern erhöhte Werte aufweisen. Darüber hinaus scheint eine Stabilisierung von Beclin1 (und somit eine Autophagieinduktion) einen antidepressiven Effekt auszulösen. In der hier vorliegenden Arbeit wurden 24 Medikamente, die in einem Hochdurchsatz-Screen als SKP2 E3 ligase Hemmer identifiziert worden sind, als potentielle neue Antidepressiva in primären Rattenastrozyten in nichttoxischer Dosis gestestet. Marker/Moleküle wie Be-clin1, LC3 und Vps34 sowie der Zellzyklus Inhibitor p27 dienten der Western Blot Analyse. Die Applikation von Bafilomycin A1 und die Quantifizierung des p62 Abbaus ermöglichten die Beobachtung des autophagischen Flusses. Im Ergebnis hat sich gezeigt, dass Medikamente wie Salinomycin, Celecoxibe, Etoposide, Xanthohumol und Perphenazine einen positiven Effekt auf die Autophagie hatten und somit für eine antidepressive Therapie erfolgsversprechend sein könnten. Salinomycin wurde ferner im Forced Swim Test in Mäusen untersucht. Mäuse, die damit injiziert worden waren, strampelten signifikant mehr und ließen sich weniger treiben als die Kontrollgruppe der Tiere, die mit Sodiumchlorid behandelt worden waren. Dies deutet auf einen antidepressiven Effekt von Salinomycin hin. Die Erhöhung der Autophagie scheint ein großes Potential für die Behandlung von Depressionen zu besitzen. In weiteren Studien muss jedoch exploriert werden, ob wirklich die Autophagie, der Umsatz von Proteinen an sich, oder die durch die Initatorkomplexe angestoßenen Membranprozesse der antidepressiven Wirkung zugrunde liegen. Bevor entsprechende Medikamente in klinischen Studien getestet werden können, bedarf es außerdem weiterer Experimente mit einer größeren Palette von autophagischen Markern und einer Erforschung ihrer Bluthirnschrankengängigkeit.