Analytik von CYP-Eicosanoiden und ihre Rolle bei ischämischem Organversagen

Abstract

Cytochrom P450 (CYP) Enzyme tragen zur Bioaktivierung von langkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren bei. Die gebildeten Monoepoxy- und Monohydroxy-Metaboliten werden zusammenfassend als CYP-Eicosanoide bezeichnet und fungieren als Mediatoren bei der Regulation des Gefäßtonus, der Herz- und Nierenfunktion, sowie einer Vielzahl weiterer physiologischer Prozesse, wobei die biologische Aktivität oftmals abhängig von der Positions- und Stereoisomerie der Eicosanoide ist. Prominente Vertreter der CYP-Eicosanoid-Familie sind die aus der Arachidonsäure gebildeten Epoxyeicosatriensäuren (EETs) und 20-Hydroxyeicosatetraensäure (20-HETE). EETs und 20-HETE haben zum Teil gegensätzliche biologische Aktivitäten, die zur Aktivierung bzw. Inhibition antiinflammatorischer und weiterer Zell- und Organ-protektiver Signalwege beitragen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch Analyse endogener Metabolitenprofile zum besseren Verständnis der Rolle von CYP-Eicosanoiden bei der Entstehung von Ischämie/Reperfusions (I/R)-bedingten Organschäden beizutragen. Als Hauptergebnisse ergaben sich (i) die Entdeckung und Charakterisierung einer protektiven Rolle von EETs in Tiermodellen der Initiationsphase des akuten Nierenversagens, sowie des therapeutischen Potentials stabiler EET-Analoga; (ii) die Identifizierung von 8,9-EET und 20-HETE als mögliche prädiktive Biomarker für das post-operative Auftreten von akutem Nierenversagen nach offener Herzoperation; und (iii) die Entwicklung und Validierung eines analytischen Verfahrens der chiralen Lipidomik (chiral-LC-ESI-MS/MS), das eine Analyse endogener Enantiomere sowohl von Monoepoxy- als auch Monohydroxy-Eicosanoiden in komplexen biologischen Proben erstmalig ermöglichte und dafür genutzt werden konnte, die stereospezifische Regulation der EETs durch Epoxid-Hydrolasen in vitro wie auch in vivo zu beschreiben.

Cytochrome P450 (CYP) enzymes contribute to the bioactivation of long-chain polyunsaturated fatty acids. The monoepoxy- and monohydroxy-metabolites generated by CYP enzymes are collectively termed CYP-eicosanoids. CYP-eicosanoids act as mediators in the regulation of vascular tone, heart- and kidney function and several further physiological processes, mostly in a regio- and stereospecific manner. Arachidonic acid-derived epoxyeicosatrienoic acids (EETs) and 20-hydroxyeicosatetraenoic acid (20-HETE) are prominent members of the CYP-eicosanoid family. EETs and 20-HETE show partially opposing biological activities that contribute to the activation or inhibition of anti-inflammatory and other cell- and organ-protective mechanisms. The aim of the present work was to study the role of CYP-eicosanoids in ischemia/reperfusion (I/R) related organ damage by analyses of endogenous metabolite profiles. The main results were (i) discovery and characterization of the EETs protective role in animal models of the initiation phase of acute kidney injury (AKI) and the therapeutic potential of stable EET-analogs, (ii) identification of 8,9-EET and 20-HETE as potential predictive biomarkers for AKI in patients who underwent open heart surgery, (iii) the development and validation of a novel analytical method for chiral lipidomics (chiral LC-ESI-MS/MS) that allows to study endogenous enantiomers of monohydroxy- and monoepoxy-eicosanoids in complex matrices of biological and clinical samples. Furthermore, the approach was applied to describe the stereospecific regulation of EETs by epoxide hydrolases in vitro and in vivo.