Entwicklung und Charakterisierung von Bumetanidderivaten mit selektiver Wirkung auf den neuronalen Kationen-Chloridkotransporter NKCC1 zur Untersuchung der Bedeutung von NKCC1 in Iktogenese und Epileptogenese

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Löscher
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Pharmakologie ; Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279625255

Rund 30% der Epilepsiepatienten sprechen nicht auf die Therapie mit Antiepileptika an, sind also pharmakoresistent. Für einige Formen epileptischer Anfälle, z.B. neonatale Anfälle, ist die Situation noch deutlich schlechter aus. Deshalb sind neue Strategien für die Entwicklung besser wirksamer Antiepileptika von hohem medizinischen Interesse. Darüber hinaus besteht ein dringender Bedarf, Substanzen zu entwickeln, die die Entstehung von Epilepsien nach Hirninsulten verhindern, also Epilepsie-prophylaktisch (antiepileptogen) wirken. Das Diuretikum Bumetanid, ein selektiver Inhibitor von Na-K-Cl-Cotransportern (NKCCs), wird seit mehreren Jahren als hochinteressante antiepileptische und antiepileptogene Substanz diskutiert, da eine erhöhte Expression von neuronalem NKCC1 und die daraus resultierende Veränderung der Funktionalität von GABA sowohl in der Epileptogenese als auch als Mechanismus von Pharmakoresistenz bei neonatalen und adulten Epilepsien eine wichtige Rolle zu spielen scheint. Experimentelle Untersuchungen mit Bumetanid schienen diese Annahme zu bestätigen; erste klinische Untersuchungen bei neonatalen Anfällen verliefen jedoch negativ. Dies ist offensichtlich eine Konsequenz des hohen Ionisationsgrades von Bumetanid im Plasma, der eine Penetration ins Gehirn weitestgehend verhindert, wie von der Arbeitsgruppe Löscher 2010 erstmals berichtet wurde. Die Arbeitsgruppe entwickelte daraufhin lipophile Prodrugs von Bumetanid, die besser ins Gehirn penetrieren und dort Bumetanid freisetzen; mit dieser Strategie konnten jedoch einige wesentliche Nachteile von Bumetanid, z.B. die fehlende Differenzierung zwischen renalem NKCC2 und neuronalem NKCC1, nicht gelöst werden. Ziel der geplanten Untersuchungen im Rahmen dieses Antrages ist die Entwicklung und Charakterisierung neuer hirngängiger Bumetanidderivate mit möglichst selektiver Wirkung auf neuronales NKCC1. Ausgangspunkt für diese Untersuchungen sind Bumetanidderivate, die von unserem Kooperationspartner Peter Feit im Rahmen der Entwicklung von Bumetanid synthetisiert wurden und sich in ihren strukturellen und diuretischen Eigenschaften von Bumetanid möglichst deutlich unterscheiden. Ausgehend von den Ergebnissen mit diesen Derivaten wird unser Kooperationspartner Thomas Erker weitere Substanzen synthetisieren. Die inhibitorische Wirkung dieser Substanzen auf NKCC1 vs. NKCC2 wird zunächst in einem Oozyten-Expressionsassay bestimmt. Dabei wird auch die vor allem im Gehirn exprimierte NKCC1-Splicevariante NKCC1b untersucht. Die interessantesten Substanzen werden in In-vivo-Modellen an Maus und Ratte auf (a) Hirngängigkeit, (b) diuretische Wirkung, und (c) antiepileptische und antiepileptogene Wirkung untersucht. Wir erwarten von diesen umfangreichen Untersuchungen nicht nur die Optimierung der Bumetanidstruktur für die Behandlung von Hirnerkrankungen, sondern auch ein besseres Verständnis der Rolle von NKCC1 in Epileptogenese und Iktogenese.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen