Pharmacological regulation of inducible nitric oxide synthase expression. Effects of Janus kinase inhibitors, orazipone and simendans

Abstract

Uutta tietoa typpioksidista, tulehduksesta ja tulehduslääkkeistä

Typpioksidi on elimistön signaalimolekyyli, joka säätelee mm. immunologista puolustusjärjestelmää. Tulehdussairauksissa, kuten astmassa, reumassa, nivelrikossa ja septisessä sokissa, typpioksidin tuotanto on lisääntynyt. Laboratoriokokeissa on osoitettu, että typpioksidin tuotannon estäminen lieventää tulehdusta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin ja etsittiin uusia keinoja ja mekanismeja, joilla voidaan estää typpioksidin tuotantoa tulehduksessa.

Tutkimuksessa havaittiin Janus kinaaseihin vaikuttavien yhdisteiden vähentävän typpioksidin tuottoa tulehdussoluissa. Typpioksidituotantoa vähensi myös oratsiponi, joka on anti-inflammatorisesti vaikuttava molekyyli. Oratsiponi esti typpioksidia tuottavan entsyymin, indusoituvan typpioksidisyntaasin, ilmentymistä. Myös levosimendaanin, jota käytetään vaikean sydämen vajaatoiminnan hoitoon, havaittiin estävän tehokkaasti typpioksidisyntaasigeenin aktivoitumista ja typpioksidin tuottoa. Tällä saattaa olla merkitystä levosimendaanin havaituissa positiivisissa vaikutuksissa sydämen vajaatoiminnan tai septisen sokin hoidossa.

Väitöskirjatutkimuksessa havaittiin tutkituilla uusilla lääkekandidaateilla olevan tulehdusta vaimentavia ominaisuuksia ja saatiin selville ilmiön taustalla olevia molekulaarisia mekanismeja. Tutkimus lisää tietoa tulehdustautien syntymekanismeista ja tuloksia voidaan käyttää hyväksi kehitettäessä uusia tulehdusta vaimentavia lääkeaineita. Väitöskirja on tehty osana Tampereen yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan laajempaa uusien tulehduslääkkeiden kehitysprojektia, jota johtaa professori Eeva Moilanen.

Inflammation is a defence mechanism by which an organism reacts to pathogens and tissue damage. Activated inflammatory cells produce signalling molecules that modulate the inflammatory response and the progress of inflammation. The inflammatory response is usually beneficial and required for survival, but when inappropriately focused or regulated, or excessive or prolonged, the inflammatory reaction may be harmful to the host. This is the case in septic shock and in chronic inflammatory diseases like arthritis.

One of the genes that is activated in inflammation is inducible nitric oxide synthase (iNOS). iNOS is an enzyme that catalyzes a reaction where nitric oxide is produced. Nitric oxide is a signalling molecule that modulates immune response and inflammation, regulates the tonus of the blood vessels and acts as a neurotransmitter. Even though nitric oxide has many positive effects, it has detrimental effects in chronic inflammation, where it is overproduced. Nitric oxide is involved in the pathophysiology of various inflammatory diseases including septic shock, rheumatoid arthritis, osteoarthritis and asthma.

Compounds that inhibit iNOS expression or activity have been found to possess anti-inflammatory properties in various forms of experimentally-induced inflammation. In the present study, the pharmacological regulation of iNOS expression and nitric oxide production was investigated in activated macrophages.

Janus kinase (JAK2 and JAK3) inhibitors, orazipone and simendans were found to inhibit iNOS expression and nitric oxide production. JAK2 inhibitor AG-490 and JAK3 inhibitor WHI-P154 decreased the activation of signal transducer and activator of transcription (STAT) 1, which may explain their inhibitory effects on iNOS expression. Orazipone inhibited the activation of NF-kappaB, one important transcription factor for iNOS expression. Orazipone also inhibited the activation of STAT1. The results suggest that the thiol modulating property of orazipone is involved in the mechanism by which orazipone inhibits iNOS expression. Simendans did not affect the activation or the DNA binding activities of STAT1 or NF-kappaB, but they inhibited NF-kappaB-dependent transcription. iNOS mRNA decay was not affected by simendans but they decreased iNOS mRNA expression by inhibiting iNOS promoter activity. In the present study, the pharmacological compounds used were found to have anti-inflammatory properties. The molecular mechanisms behind their effects were described. The information can be utilized in the development of novel anti-inflammatory drugs.