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Title
Mechanism of nitroglycerin bioactivation and detection of intracellular nitric oxide / vorgelegt von Mag. pharm. Marissa Opelt
AuthorOpelt, Marissa
CensorMayer, Bernhard-Michael
PublishedGraz, Juli 2017
Description71 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2017
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Stickstoffmonoxid / Nitroglycerin / Bioaktive Verbindungen
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-119682 Persistent Identifier (URN)
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Mechanism of nitroglycerin bioactivation and detection of intracellular nitric oxide [22.54 mb]
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Abstract (German)

Stickstoffmonoxid (NO), gebildet durch endotheliale NO-Synthase (eNOS), führt durch Aktivierung löslicher Guanylatcyclase (sGC) zu cGMP-vermittelter Vasodilatation. Als Prodrug imitiert Nitroglycerin (GTN), das zur Behandlung koronarer Herzkrankheiten eingesetzt wird, die Wirkung von endogenem NO. Studien belegen, dass Aldehyddehydrogenase-2 (ALDH2) die vaskuläre Bioaktivierung von GTN in Mensch und Nagetier katalysiert. Es wurde angenommen, dass die ALDH2-katalysierte GTN-Bioaktivierung zur Bildung von anorganischem Nitrit führt, das weiter zu NO reduziert wird. Allerdings zeigten Ergebnisse unserer Gruppe, dass ein geringer Anteil von GTN direkt zu NO reduziert wird. Ziel dieser Arbeit war es (i) die ALDH2-katalysierte GTN-Bioaktivierung zu untersuchen, (ii) die Identität des bioaktiven Produktes aufzuklären und (iii) den Einfluss mitochondrialer Ca2+-Aufnahme auf eNOS Aktivität zu testen. Die Ergebnisse zeigten, dass der ALDH2 Inhibitor Diphenyleneiodonium keinen Effekt auf die GTN-induzierte Gefäßrelaxation in Schweinen und Rindern hatte. Mit einem neuen NO-Sensor (geNOp) zeigten wir, dass GTN zu einem ausgeprägten zellulären NO Anstieg führte, der mit Aktivierung gereinigter sGC und zellulärem cGMP Anstieg korrelierte. Durch Verwendung von geNOp und Ca2+-Sensoren konnte gezeigt werden, dass die eNOS Aktivität durch die mitochondriale Ca2+-Aufnahme beeinflusst wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass ALDH2 GTN direkt zu NO reduziert und dieser Weg notwendig und hinreichend für die GTN-Bioaktivierung ist. Im Gegensatz zu Mensch und Nagetier, wird der GTN Effekt in Schweinen und Rindern nicht durch ALDH2 katalysiert. Dieser alternative Weg könnte die Effekte anderer organischer Nitrate erklären, die nicht durch ALDH2 metabolisiert werden. Der Zusammenhang zwischen mitochondrialer Ca2+-Aufnahme und eNOS Aktivität bietet möglicherweise eine neue Behandlungsstrategie um die endotheliale NO Bildung zu verbessern.

Abstract (English)

Nitric oxide (NO) produced by endothelial nitric oxide synthase (eNOS) acts through activation of soluble guanylate cyclase (sGC), resulting in 3,5-cyclic guanosine monophosphate (cGMP)-mediated vasodilation. The prodrug nitroglycerin (GTN) used for the treatment of ischemic heart disease mimics the action of endogenous NO. There is ample evidence that aldehyde dehydrogenase-2 (ALDH2) catalyzes GTN bioactivation in rodent and human blood vessels. It was proposed that ALDH2-catalyzed GTN bioactivation yields inorganic nitrite, which is further reduced to NO. However, we showed that in the presence of purified ALDH2 a minor reaction results in direct NO formation. The aims of this work were to investigate (i) the role of ALDH2 in GTN metabolism of different species, (ii) the identity of the GTN-derived bioactive product, and (iii) the effect of mitochondrial Ca2+ uptake on NO synthesis by eNOS. We found that GTN-induced relaxation of porcine and bovine vessels was not affected by the potent ALDH2 inhibitor diphenyleneiodonium. Using a novel NO probe (geNOp), we showed that GTN addition resulted in pronounced cellular NO elevation, which correlated well with activation of purified sGC and cellular cGMP accumulation. Combination of geNOp with Ca2+ sensors and downregulation of proteins of the mitochondrial Ca2+ uniporter showed that eNOS activity is controlled by mitochondrial Ca2+ uptake independently of the cytosolic Ca2+ concentration. In summary, the present work demonstrates that ALDH2-catalyzed NO formation is necessary and sufficient for GTN bioactivation. In contrast to rodent and human vessels, an ALDH2-independent pathway was found in porcine and bovine vessels. If present in humans, this pathway may explain the effect of other organic nitrates that are not metabolized by ALDH2. Additionally, the link between mitochondrial Ca2+ uptake and eNOS activity may present a novel therapeutic strategy to improve endothelial NO production.

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