Statin-induzierte Toxizität an humanen Skelettmuskelzellen

Die Hemmung der hepatischen HMG-CoA-Reduktase führt zu einer Reduktion der endogenen Cholesterinsynthese, die kompensatorisch die Expression von LDL-Rezeptoren ankurbelt. Zirkulierendes Cholesterin wird über diese Rezeptoren nun vermehrt resorbiert und damit die Plasma-cholesterinspiegel gesenkt. Dieses therapeutisches Konzept wird bei Hypercholesterinämie erfolgreich eingesetzt. Generell werden die HMG- CoA-Reduktasehemmer (Statine) von Patienten gut vertragen, dennoch kommt es bei manchen Patienten zur Myalgie und Myositis. Insbesondere die Kombination der HMG-CoA-Reduktasehemmer mit Gemfibrozil (und anderen Medikamenten) erhöht die Inzidenz für diese Nebenwirkungen. Das Risiko für die Entwicklung einer Rhabdomyolyse wird unter diesen Bedingungen dramatisch erhöht und stellt eine lebensbedrohliche Komplikation dar. Dieser Umstand hat kürzlich auch zur weltweiten Zurücknahme des Statins, Cerivastatin (Bayer ) geführt. Die molekularen Mechanismen die selektiv im Skelettmusklel zur Apoptose und/oder Nekrose durch HMG-CoA- Reduktasehemmer führen, sind noch sehr schlecht verstanden. Das Ziel des vorliegenden Projektantrags ist es, jene molekularen Mechanismen zu identifizieren, die durch Statine zu einer Schädigung des Skelettmuskels führen. Primäre humane Skelettmuskelzellen (sowohl undifferenzierte Satelittenzellen als auch differenzierte Myocyten) werden Statinen ausgesetzt, um die Induktion von Apoptose und die Reduktion der Viabilität durch diese Substanzen zu messen. HMG-CoA-Reduktasehemmer interferieren mit der Ca2+-Homöostase in Skelettmuskel-zellen. Die Intention des Projekts ist es die Hypothese zu prüfen, dass in humanen Skelettmuskelzellen ein kausaler Zusammenhang zwischen der Erhöhung der myoplasmatischen Ca2+ Konzentration durch Statine und der Induktion von Apoptose besteht. Die durch Statine betroffene(n) Signallkaskade(n) soll(en) identifiziert werden und folgende Punkte geklärt werden: (i) Welche Ca2+ Speicher (Quellen) werden durch Statine kontrolliert und welche Rolle spielen sie im Rahmen der Apoptose? (ii) Unter Zuhilfenahme von zellbiologischen, pharmakologischen und biochemischen Techniken soll geklärt werden, über welcher Auslöser Statine Apoptose induziert und welche Signalkaskade(n) dabei betroffen ist (sind). (iii) Welche Rolle spielt die Statin-induzierte Depletion von Cholesterinvorstufen und Cholesterin? Ist es möglich durch Substitution dieser Lipide, z.B. die veränderte Isoprenylierung von Signalproteinen zu antagonisieren und der apoptotischen Wirkung der Statine entgegenzuwirken? Die in dem vorliegenden Projekt beschriebene Arbeit soll neue Erkenntnisse zur Pathophysiologie der Rhabdomyolyse liefern. Dieser Beitrag soll die Arzneimittelsicherheit von Statinen erhöhen und neue therapeutische Strategien zur Prävention und Behandlung von Muskelerkrankung ermöglichen.

Statine haben sich als Cholesterin-senkendes Wirkprinzip in der modernen Herz-Kreislauftherapie durchgesetzt und zählen zu den am häufigsten verschriebenen Medikamenten der letzten Jahre. Die häufig auftretenden muskulären Nebenwirkungen sind auf molekularer Ebene kaum verstanden. Im vorliegenden Projekt konnte gezeigt werden, dass verschiedene Statine wie Simvastatin, Lovastatin und Pravastatin in der Lage sind in humanen Skelettmuskelzellen ein Selbstmordprogramm (Apoptose) auszulösen. Die Signalkaskaden, die zur Apoptose führen wurden identifiziert. Als Auslösemechanismus wurde ein lang anhaltender Ca2+-Anstieg beobachtet, der über einen intrazellulären Ionenkanal, den Ryanodinrezeptor amplifiziert wird. Dieser Effekte ist konzentrationsabhängig und führt zur Aktivierung der Ca2+-abhängigen Enzyms, dem Calpain. In der Folge werden weitere Verdauungsenzyme aktiviert. Diese als Caspasen bezeichneten Enzyme regeln das Selbstmordprogramm, dessen genauer Ablauf bereits in publizierter Form vorliegt (Sacher et al., 2005). Da ein Ca2+-Anstieg Auslöser für die apoptotische Signalkaskade der Statine ist, haben wir in einem Nebenprojekt nach neuen Möglichkeiten der pharmakologischen Regulation des Ryanodinrezeptors gesucht. Ein Inhibitor des Ryanodinrezeptors, der das Statin-induzierte Selbstmordprogramm verhindert, beziehungsweise hinauszögert, hätte therapeutisches Potential. Deshalb haben wir nach einem zellpermeablen Inhibitor des Ryanodinrezeptors gesucht. Mit dem Suraminanalogon, NF676, wurde in einer Zusammenarbeit mit dem Pharmazeutischen Institut der Universität Bonn eine solche Substanz gefunden und pharmakologisch charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind nun ebenfalls publiziert (Wolner et al., 2005). Darüberhinaus konnte das Wirkprinzip des Statin-induzierten Selbstmordprogramms auf Tumorzellen expandiert werden. In Rhabdomyosarkomzellen (RD Zellen), die Skelettmuskelzellen sehr ähnlich sind, wird das Selbstmordprogramm über einen Ca2+-unabhängigen Mechanismus ausgelöst (Werner et al., 2004). Interessant ist dabei, dass die gleichzeitige Verabreichung eines Zytostatikums, wie Doxorubicin, zu einer überadditiven Verstärkung des Selbstmordprogramms führt. Es erscheint also naheliegend, dass ein bisher noch nicht identifizierter Mechanismus der Statinwirkung in der Lage ist Tumorzellen zu töten, vor allem in Gegenwart von anderen zytotoxischen Substanzen (Werner et al., 2004). Basierend auf den erfolgreichen Ergebnissen dieses Projekts wird derzeit ein Nachfolgeprojekt ausgearbeitet.