Identifizierung verschiedener Phosphodiesterase-Isoenzyme in der humanen Detrusormuskulatur

Zusammenfassung:

Phosphodiesterasen (PDE) sind eine heterogene Gruppe von Enzymen, die die intrazellulären Botenstoffe zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) und zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) hydrolysieren und somit von zentraler Bedeutung für die intrazellulare Regulation der Kontraktilität glatter Muskulatur sind. Es wurde erstmals eine Charakterisierung der PDE-Isoenzyme der humanen Detrusormuskulatur durchgeführt sowie die Wirkung verschiedener PDE-Inhibitoren auf Carbachol kontrahierte Detrusorstreifen in vitro untersucht. Durch die Zugabe von spezifischen Aktivatoren und Inhibitoren der cAMP und cGMP Hydrolyse wurden sämtliche bekannten PDE-Isoenzymfamilien identifiziert. Während signifikante Relaxationen nur durch den unspezifischen PDE-Inhibitor Papaverin (Relaxationsantwort 59,9 ± 8,2%) sowie den PDE I-Inhibitor Vinpocetin (Relaxationsantwort 51,4 ± 7,9%) induziert werden konnten, waren Milrinon (PDE III-Inhibitor), Rolipram (PDE IV-Inhibitor) Zaprinast (PDE V/I-Inhibitor) und Dipyridamol (PDE V-Inhibitor) signifikant schwächer wirksam (Relaxationsantwort <20%). Unsere Ergebnisse lassen auf eine wichtige funktionelle Bedeutung der Kalzium/Calmodulin-stimulierten PDE I bei der intrazellulären Detrusortonusregulation beim Menschen schließen. Die Bedeutung der PDE II, III, IV und V ist weniger klar, die relative Wirkungslosigkeit selektiver PDE III, IV- und V-Inhibitoren beruht aber möglicherweise auf einer intrazellulären Kompartimentierung dieser Isoenzyme. Weitere Untersuchungen sind nötig, um zu klären, ob durch eine Isoenzym-selektive Modulation der PDE I eine gezielte Detrusortonusregulation beim Menschen möglich ist.

Abstract

Phosphodiesterases (PDE) are a heterogeneous group of enzymes which hydrolyze the second messengers cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and cyclic guanosine monophosphate (cGMP). Therefore, PDE have a central role in the intracellular regulation of smooth muscle contractility. A characterization of PDE isoenzymes in the human detrusor smooth muscle was conducted for the first time and the effect of various PDE inhibitors on carbachol contracted detrusor strips was investigated in vitro. By addition of specific activitators and inhibitors of cAMP and cGMP hydrolysis, all known PDE isoenzyme families could be identified. While significant relaxations could only be induced by the nonspecific PDE inhibitor papaverine (relaxation 59.9 ± 8.2%) and the PDE I inhibitor vinpocetine (relaxation 51.4 ± 7.9%), milrinone (PDE III inhibitor), rolipram (PDE IV inhibitor),zaprinast (PDE V/I inhibitor) and dipyridamole (PDE V inhibitor) were significantly less potent (relaxation <20%). Our results suggest an important functional role of calcium/calmodulin stimulated PDE I in the regulation of the human detrusor tone in vitro. The role of the PDE's II, III, IV and V is less clear, although their minor effect may be explained by a possible intracellular compartimentation of these isoenzymes. Further studies are needed to clarify whether regulation of the detrusor tone in humans is possible through selective modulation of the calcium/calmodulin stimulated PDE I.

Key words:

Phosphodiesterase - Detrusor - Smooth muscle - Cyclic nucleotides