Duale Modulation der proteolytischen Spaltung des Amyloid-Vorläufer-Proteins durch den Wirkstoff Bepridil

In dieser Doktorarbeit konnte Bepridil als neuer Inhibitor der β-Spaltung von APP identifiziert werden. Die Inhibition konnte auch für das alternative BACE1-Substrat Neuregulin 1 beobachtet werden und ist somit nicht substratspezifisch. Bepridil ist in der Literatur als Calciumkanal-Blocker und Calmodulin-Antagonist beschrieben und wird aufgrund dieser Eigenschaften zur Behandlung von kardiovaskulären Erkrankungen eingesetzt. Der für den inhibitorischen Effekt auf die β-Spaltung ermittelte IC50-Wert liegt mit 4-6 μM im Bereich der therapeutischen Plasmakonzentration, die bis zu 10 μM betragen kann. In Mausexperimenten konnte demonstriert werden, dass die Substanz die Blut-Hirn-Schranke sehr effizient passieren kann und die Konzentration im Hirn zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als im Plasma ist. Die Analyse des zugrundeliegenden Mechanismus zeigte, dass Bepridil die Aktivität von BACE1 nicht direkt inhibiert. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass der Effekt der Substanz auf die β-Spaltung von APP unabhängig von Calcium und Calmodulin ist und nicht durch eine Veränderung des „Trafficking“ von BACE1 ausgelöst wird. Der inhibitorische Effekt der Substanz wird höchstwahrscheinlich durch eine Alkalisierung von sauren intrazellulären Kompartimenten, u.a. den Endosomen, vermittelt, wie durch Strukturanalyse und Vergleich mit anderen alkalisierenden Substanzen, darunter Chloroquine und Amiodarone, demonstriert werden konnte. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Hemmung der β-Spaltung von APP mittels alkalisierender Substanzen einen alternativen Weg zur Inhibition der Aβ-Bildung darstellt und dies im Falle von Bepridil bei therapeutisch relevanten Konzentrationen erreicht werden kann.

In weiteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass Bepridil zusätzlich zur Inhibition der β-Spaltung überraschenderweise auch die Schnittspezifität der γ-Sekretasespaltung von APP beeinflussen kann. Bepridil wirkt dabei als inverser γ-Sekretasemodulator (iGSM) und ist somit der erste beschriebene duale Modulator der APP-Spaltung. Mittels NMR-Analyse konnte nachgewiesen werden, dass Bepridil starke Veränderungen in der Struktur von Membranen verursachen kann, was der Grund für die iGSM-Aktivität sein könnte.

Abschließend konnte gezeigt werden, dass die in der Literatur beschriebene Umwandlung eines inversen γ-Sekretasemodulators in einen direkten γ-Sekretasemodulator durch chemische Modifikation ein generelleres Prinzip darzustellen scheint, das auch auf andere iGSMs angewendet werden kann. In weiterführenden Experimenten kann nun versucht werden, durch chemische Modifikation von Bepridil einen dualen Modulator zu generieren, der zum einen die β-Spaltung von APP inhibiert und zum anderen als direkter γ-Sekretasemodulator wirkt. Ein solches Bepridil-Derivat hätte ein großes therapeutisches Potential.