Reduktion N-oxygenierter Verbindungen durch die mitochondriale Amidoxim Reduzierende Komponente (mARC)

Froriep, Danilo

Die mitochondriale Amidoxim Reduzierende Komponente (mARC) ist das vierte im menschlichen Organismus identifizierte Molybdoenzym. Es ist in der äußeren Mitochondrienmembran lokalisiert und spielt eine wichtige Rolle in der sauerstoffunabhängigen N-Reduktion. Zusammen mit den Elektronentransportproteinen Cytochrom b5 und der NADH Cytochrom b5 Reduktase katalysiert mARC die Reduktion einer Vielzahl N-hydroxylierter Verbindungen wie z.B. Amidine, Guanidine, Amidinohydrazone, aromatische Amine und N-hydroxylierte Nucleoside und Nucleobasen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde anhand von in vitro Biotransformationsstudien mit porcinen isolierten subzellulären Fraktionen sowie mit dem humanen rekombinanten Enzymsystem die Reduktion neuer potentieller Substrate für mARC untersucht. Es konnte erstmals für Verbindungen aus der Gruppe der Oxime, N-Oxide und Hydroxamsäuren die mARC-abhängige N-Reduktion zu deren korrespondierenden Metaboliten beschrieben werden. Dabei zeigten sich signifikante Unterschiede in der Substratspezifität zwischen den beiden homologen Enzymen mARC-1 und mARC-2. Des Weiteren wurde die enzymatische Aktivierung des neuen Amidoxim-Prodrugs Upamostat zur Wirkform WX-UK1 näher charakterisiert. Eine Beteiligung des mARC-haltigen Enzymsystems an der N-Reduktion des Serin-Protease-Inhibitors konnte erstmalig bestätigt werden. Dem Enzymsystem kann somit eine entscheidende Beteiligung an der Metabolisierung von Fremdstoffen zugesprochen werden. Bei der klinischen Entwicklung neuer Arzneistoffkandidaten mit N-oxygenierten funktionellen Gruppen kann daher sowohl mit einer Aktivierung von Prodrugs als auch mit einer Inaktivierung durch die mARC-abhängige N-Reduktion gerechnet werden.

The mitochondrial Amidoxime Reducing Component (mARC) is the fourth mammalian molybdenum-containing enzyme. It is localized in the outer mitochondrial membrane where it plays an important role in the oxygen insensitive reduction. Together with the electron transport proteins cytochrome b5 and NADH cytochrome b5 reductase electrons are transmitted to the molybdenum cofactor (Moco) of the mARC protein and reductions of a number of N-hydroxylated compounds such as amidines, guanidines, amidinohydrazones, aromatic amines, and N-hydroxylated nucleosides and nucleobases are performed. In this thesis the reduction of new potential substrates for mARC was investigated by in vitro biotransformation studies with purified porcine subcellular fractions as well as with the human recombinant enzyme system. The mARC-dependent N-reduction of compounds with functional groups such as oximes, N-oxides and hydroxamic acids are described for the first time. Significant differences in substrate specificity could be demonstrated between the two homologues mARC-1 and mARC-2. Furthermore, the enzymatic activation of the new amidoxime-prodrug Upamostat to the active form WX-UK1 was characterized. The involvement of the mARC-containing enzyme system in the N-reduction of the serine protease inhibitor was confirmed for the first time. Thus mARC contributes both to the activation of prodrugs and to the metabolism of xenobiotics. In conclusion it could be demonstrated that N-oxygenated compounds can be easily reduced to their corresponding metabolites by the mitochondrial enzyme system. This has to be considered in clinical development of new drug candidates. Their reduction could mean a fast loss of activity.

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Froriep, Danilo: Reduktion N-oxygenierter Verbindungen durch die mitochondriale Amidoxim Reduzierende Komponente (mARC).

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