Effects on Mycobacterium avium Replication in Normal Human Macrophages by Deferiprone (L1) and Other Iron Chelators

Summary

Mycobacterium avium growth in cultured human macrophages is influenced by serum lipids, transferrin and iron levels. Iron-saturated transferrin enhances M. avium growth, whereas apotransferrin inhibits mycobacterial replication. The ability of iron chelators to mimic the effects of transferrin on intracellular and extracellular M. avium growth was examined. Smooth, transparent, AIDS patient derived M. avium 7497 serovar 4 was used to infect 7-day cultured human macrophages. Growth was measured by determining the colony-forming units (CPU) after infected macrophages were lysed 0 to 7 days after infection. The new iron chelating drug deferiprone (1,2-dimethyl-3-hydroxypyrid-4-one or L1, CAS 30652-11-0), 1-ethyl-2-methyl-3-hydroxypyrid-4-one (L1NEt), 1-propyl-2-methyl-3-hydroxypyrid-4-one (L1NPr), 1-allyl-2-methyl-3-hyproxypyrid-4-one (LlNAll), and 3,4-dihydroxycinnamic acid enhanced intracellular and extracellular mycobacterial replication at concentrations of 0.1-2.5 µg/ml. 2-Pyridinecarbox-aldehyde-2-quinolylhydrazone (PCQH) inhibited intracellular replication from 0.1-1.0 µg/ml. Most, but not all of the PCQH-induced intracellular inhibition could be eliminated using iron at concentrations greater than 1.0 µg/ml. Iron also suppressed the effects of PCQH on extracellular M. avium replication. These results indicate that iron chelators may have variable effects at different concentrations and can significantly alter both intracellular and extracellular M. avium replication. It is suggested that at low concentrations deferiprone and other aketohydroxypyridine chelators could enhance the growth of M. avium but at high concentrations may function as adjunct therapy with other antimicrobials against infections with M. avium. These findings are important for therapeutic considerations and dose protocol design in relation to the new iron chelating drug deferiprone, which is currently used in thalassaemia and other iron loaded patients, some of whom are suffering from AIDS.

Zusammenfassung

Wirkung von Deferipron und anderen Eisen-Chelatbildnern auf die Mycobacterium avium-Replikation in normalen menschlichen Makrophagen / Mögliche Auswirkungen auf die Toxizität

Das Wachstum von Mycobacterium avium in einer humanen Makrophagenkultur wird durch Serumlipide, Transferrin und durch den Eisenspiegel beeinflußt. Eisengesättigtes Transferrin verstärkt das Wachstum von M. avium, während Apotransferrin die Mykobakterien-Replikation inhibiert. Untersucht wurde die Fähigkeit von Eisen-Chelatbildnern, den Effekt von Transferrin auf das intrazelluläre und extrazelluläre Wachstum von M. avium nachzuahmen. Transparentes, von AIDS-Patienten gewonnenes M. avium 7497 Serovar 4 wurde verwendet, um sieben Tage angezüchtete humane Makrophagen zu infizieren. Das Wachstum wurde gemessen durch die Bestimmung der Koloniebildenden Einheiten (colony forming units, CPU) in lysierten infizierten Makrophagen 0 bis 7 Tage nach der Infizierung. Der neue Eisen-Chelatbildner Deferipron (1,2-Dimethyl-3-hydroxypyrid-4-on, L1, CAS 30652-11-0), 1-Ethyl-2-methyl-3-hydroxypyrid-4-on (L1NEt), 1-Propyl-2-methyl-3-hydroxypyrid-4-on (L1NPr), 1-Allyl-2-methyl-3-hyproxpyrid-4-on (L1NAll) und 3,4-Dihydroxyzimtsäure verstärken die intrazelluläre und extrazelluläre Mykobakterien-Replikation bei Konzentrationen von 0, 1–2,5 µg/ml. 2-Pyridincarboxaldehyd-2-quinolylhydrazon (PCQH) hemmt das intrazelluläre Wachstum in Konzentrationen von 0, 1–1,0 µg/ml. Ein Großteil, aber nicht die komplette PCQH-induzierte intrazelluläre Hemmung konnte durch die Verwendung von Eisenionen mit Konzentrationen größer als 1,0 µg/ ml ausgeschaltet werden. Eisen konnte den Einfluß von PCQH extrazellulär überwinden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß Eisen-Chelatbildner einen variablen Einfluß bei verschiedenen Konzentrationen ausüben und signifikant so wohl das intrazelluläre als auch das extrazelluläre Wachstum von M. avium beeinflussen können. Anscheinend können Deferipron und andere a-Ketohydroxypyri-dine-Chelatbildner in niedrigen Konzentrationen das Wachstum von M. avium beschleunigen, aber in hohen Konzentrationen könnten sie zusammen mit anderen antimikrobiellen Wirkstoffen als begleitende Behandlung gegen Infektionen mit M. avium wirken. Diese Ergebnisse sind relevant im Hinblick auf therapeutische Überlegungen und die Dosis-Protokoll-Gestaltung in bezug auf den neuen Eisen-Chelatbildner Deferipron, der bei Thalassämie-oder anderen Patienten mit Eisenbelastung verwendet wird, von denen einige an AIDS leiden.

Key words

CAS 30652-11-0 - Deferiprone - Iron chelators - α-Ketohydroxypyridines - Mycobacterium avium, replication in macrophages