Interakcije novih rutenijevih organokovinskih kompleksov s sesalskim holinergičnim sistemom

Trobec, Tomaž (avtor), Frangež, Robert (mentor)

Iz knjižnice novosintetiziranih organorutenijevih(II) arenskih kompleksov smo z biokemično karakterizacijo določili komplekse, ki: i) selektivno zavirajo butirilholinesterazo (BChE); ii) zavirajo holinesteraze; iii) zavirajo holinesteraze in glutation S-transferaze (GST) in iv) selektivno zavirajo GST. Z elektrofiziološkimi metodami smo na živčno-mišičnih preparatih mišjih hemidiafragem proučili vpliv izbranih organorutenijevih(II) kompleksov ([(?6-p-cimen)Ru(II)(1-hidroksi-3-metoksipiridin-2(1H)-tionato)pta]PF6 (C1)) in ([(?6-p-cimen)Ru(II)(5-nitro-1,10-fenantrolin)Cl]Cl (C1-Cl) z ugotovljeno antiholinesterazno aktivnostjo v nizkem mikromolarnem območju na krčenje in membranske potenciale mišičnih vlaken. Ugotovili smo, da kompleks C1, ki v pogojih in vitro selektivno zavre encim BChE, ex vivo v najvišji uporabljeni koncentraciji (120 µM) ne vpliva na amplitudo posredno in neposredno izzvane enostavne in tetanične izometrične kontrakcije. Poleg tega tudi ne vpliva na mirovni membranski potencial (rVm) skeletnih mišičnih vlaken in na amplitudo potenciala motorične ploščice (PMP). Največja koncentracija (120 µM) kompleksa C1 značilno zmanjša le amplitudo ter skrajša razpolovni čas padajoče faze spontanih miniaturnih potencialov motorične ploščice in razpolovni čas padajoče faze PMP. C1 pri zelo visoki koncentraciji (120 µM) ne zavira pomembno acetilholinesteraze (AChE) in nikotinskih acetilholinskih receptorjev (nAChR), prisotnih v živčno-mišičnem stiku, in s tem ne vpliva na funkcijo perifernega živčno-mišičnega sistema. Za kompleks C1-Cl, ki in vitro zavira delovanje holinesteraz, je elektrofiziološka karakterizacija pokazala, da kompleks v nizkih mikromolarnih koncentracijah reverzibilno zavre posredno izzvano enostavno (IC50 = 19,44 µM) in tetanično (IC50 = 9,68 µM) izometrično kontrakcijo in zmanjša amplitude PMP (IC50 = 7,61 µM), pri čemer se rVm skeletnih mišičnih vlaken ne spremeni. Amplituda mišične kontrakcije se je po dodatku 3 µM neostigmina, ki je povratni zaviralec AChE, izjemno hitro povrnila, kar kaže selektivno kompetitivno zaviralno delovanje kompleksa C1-Cl na posinaptične nAChR mišičnega tipa. To smo potrdili tudi z metodo vpete napetosti na oocitih navadne krempljarke (Xenopus laevis) z meritvami ionskih tokov skozi v membrani mikroimplantirane nAChR iz navadnega električnega skata (Torpedo marmorata). Ugotovili smo, da C1-Cl deluje kot povratni antagonist nAChR iz navadnega električnega skata (IC50 = 332 nM). Elektrofiziološka karakterizacija kompleksa C1-Cl je tako pokazala, da kompleks ex vivo v farmakološko zanimivih koncentracijah s povratno vezavo na posinaptične nAChR prek nedepolarizirajočega mehanizma zavre živčno-mišični prenos. Zato je kompleks C1-Cl zanimiv za nadaljnja predklinična testiranja kot nov nedepolarizirajoč miorelaksant za potencialno uporabo v veterinarski in humani medicini.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Rutenij-kemija, organokovinske spojine, holinesterazni inhibitorji, nikotinski receptorji, membranski potenciali, mišična kontrakcija, živčno mišični stik, motorična ploščica, elektrofiziologija, metoda vpete napetosti
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Organizacija: VF - Veterinarska fakulteta
• Leto izida: 2022
• PID: 20.500.12556/RUL-141471
• Datum objave v RUL: 30.09.2022

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Interactions of new ruthenium organometallic complexes with mammalian cholinergic system

Izvleček

From the library of newly synthesized organoruthenium(II) arene complexes, we identified biochemical characterization complexes that i) selectively inhibit butyrylcholinesterase (BChE); ii) inhibit cholinesterases; iii) inhibit cholinesterases and glutathione S-transferases (GSTs) or iv) selectively inhibit GSTs. Two selected organoruthenium(II) complexes ([(η6-p-cymene)Ru(II)(1-hydroxy-3-methoxypyridine-2(1H)-thionato)pta]PF6 (C1) and [(η6-p-cymene)Ru(II)(5-nitro-1,10-phenanthroline)Cl]Cl (C1-Cl) with anticholinesterase activity in the low micromolar range were studied with electrophysiological methods on mouse neuromuscular hemidiaphragm preparations for their effect on contractility and membrane potentials. We found that complex C1 selectively inhibited BChE in vitro but exhibited no effect on the amplitude of directly muscle-elicited and nerve-evoked single twitch and tetanic isometric contraction ex vivo at the highest concentration used (120 µM). Furthermore, C1 also had no effect on the resting membrane potential (rVm) of skeletal muscle fibres and the amplitudes of the end-plate potentials (EPPs). The 120 µM concentration of complex C1 decreased only the amplitude and shortened the half-decay time of the miniature end-plate potentials and the half-decay time of the EPPs. Complex C1 had no significant antagonistic effects on acetylcholinesterase (AChE) activity and the nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) present in neuromuscular junctions; thus, C1 did not affect the function of the peripheral neuromuscular system. For the C1-Cl complex, which inhibits cholinesterase activity in vitro, electrophysiological characterization showed that the complex reversibly inhibited nerve-evoked single twitch (IC50 = 19.44 μM) and tetanic (IC50 = 9.68 μM) isometric contraction at low, micromolar concentrations and decreases the amplitudes of EPPs (IC50 = 7.61 μM) without any significant change in the rVm of skeletal muscle fibres. The amplitude of muscle contraction recovered rapidly after applying the reversible AChE inhibitor neostigmine (3 µM), strongly suggesting that the C1-Cl complex exhibits a selective competitive antagonistic effect on postsynaptic muscle-type nAChRs. We also confirmed antagonistic activity by measuring ion currents through nAChRs in the presence of C1-Cl with a two-electrode voltage clamp on Xenopus laevis oocytes with nAChRs from Torpedo marmorata microimplanted in their membrane. We found that complex C1-Cl is a reversible antagonist of Torpedo nAChRs (IC50 = 332 nM). Electrophysiological characterization of the C1-Cl complex showed that at concentrations of pharmaceutical interest, the complex inhibits neuromuscular transmission ex vivo by a nondepolarizing mechanism through reversible binding on postsynaptic muscle-type nAChRs. Therefore, the C1-Cl complex may be interesting for further preclinical testing as a novel nondepolarizing myorelaxant for potential use in veterinary and human medicine.

• Ključne besede: Ruthenium-chemistry, organometallic compounds, cholinesterase inhibitors, receptors, nicotinic, membrane potentials, muscle contraction, neuromuscular junction, motor endplate, electrophysiology, Voltage clamp technique