Dominique Kavvadias

• Im Rahmen dieser Arbeit wurden Liganden des zentralen Benzodiazepin-Rezeptors (BZD-R) aus pflanzlichen Geweben untersucht. Der erste Teil war dem Studium „natürlicher“ Benzodiazepine (BZD) gewidmet. Deren Vorkommen ist vielfach belegt; an ihrer Biogenese sind möglicherweise Mikroorganismen beteiligt. Es war nun zu prüfen, ob BZD auch unter Sterilbedingungen, d.h. nach Ausschluss mikrobieller Aktivität auftreten können. Hierzu wurden steril kultivierte pflanzliche Kalli und Regenerate, unter anderem von Kartoffelkraut und Estragon untersucht.Im Rahmen dieser Arbeit wurden Liganden des zentralen Benzodiazepin-Rezeptors (BZD-R) aus pflanzlichen Geweben untersucht. Der erste Teil war dem Studium „natürlicher“ Benzodiazepine (BZD) gewidmet. Deren Vorkommen ist vielfach belegt; an ihrer Biogenese sind möglicherweise Mikroorganismen beteiligt. Es war nun zu prüfen, ob BZD auch unter Sterilbedingungen, d.h. nach Ausschluss mikrobieller Aktivität auftreten können. Hierzu wurden steril kultivierte pflanzliche Kalli und Regenerate, unter anderem von Kartoffelkraut und Estragon untersucht. Methanolische Extrakte wurden auf ihre Aktivität am zentralen BZD-R im Radiorezeptorbindungsassay (RRA) geprüft und mittels Festphasenextraktion bzw. präparativer HPLC-Fraktionierung gereinigt. Nach erneuter Prüfung im RRA erfolgte die Analyse aktiver Fraktionen mit Hilfe der online HPLC-ESIpos-Tandemmassenspektrometrie (HPLC-ESIpos-MS/MS) im SRM-Modus. Auf diese Weise gelang es, die BZD Delorazepam und Temazepam in Sterilkulturen von Estragon (Artemisia dracunculus), sowie Diazepam und Temazepam in Kartoffelkraut (Solanum tuberosum), nachzuweisen. Der zweite Teil der Arbeit war der Suche nach natürlichen Nicht-BZD-artigen Liganden des BZD-R gewidmet. Hierzu wurden methanolische Extrakte verschiedener in der Volksmedizin als Sedativa genutzter Pflanzen im RRA auf BZD-R-Aktivität getestet. Für die Isolierung von Nicht-BZD-artigen Liganden wurde der Salbeiblätterextrakt (Salvia officinalis L.) ausgewählt. In einer RRA-begleiteten chromatographischen Fraktionierung des Extraktes wurden fünf aktive Komponenten, drei Flavone und zwei Diterpene, isoliert. Die BZD-R-aktiven Flavone wurden als Apigenin (5,7,4’-Trihydroxyflavon), Hispidulin (5,7,4’-Trihydroxy-6-methoxyflavon)und Cirsimaritin (5,4’-Dihydroxy-6,7-dimethoxyflavon identifiziert. Bei den diterpenoiden BZD-R-Liganden handelte es sich um 7-Methoxyrosmanol und Galdosol. Hispidulin sowie die Diterpene erwiesen sich mit IC 50-Werten von 1.3, 7.2 und 0.8 µM als die BZD-R-aktivsten Komponenten. Apigenin und Cirsimaritin zeigten mit IC50-Werten von 30 bzw. 350 µM geringere Affinitäten zum BZD-R. Die hohe BZD-R-Aktivität von Hispidulin im RRA veranlasste uns, Untersuchungen zum pharmakologischen Profil sowie zur in vivo-Wirksamkeit dieser Substanz durchzuführen. Da die Isolierung aus pflanzlichem Material sehr zeit- und materialaufwendig ist, wurde Hispidulin durch chemische Synthese bereitgestellt. Diese erfolgte in Anlehnung an die Baker-Venkataraman-Methode aus 4-Benzyloxy-2,3-dimethoxy-6-hydroxyacetophenon und 4-Benzyloxybenzoesäurechlorid. Die Ausgangssubstanzen wurden in getrennten Syntheserouten, ausgehend von 2,4,6-Trihydroxyacetophenon und 4-Hydroxybenzoesäure, hergestellt. Danach wurde der Benzoylester aus dem Acetophenon- und dem Säurechlorid-Baustein gebildet. Der Ester wurde nach Baker-Venkataraman zum 1,3-Diketon in basischem Milieu umgelagert. Das 1,3-Diketon zyklisierte unter Säure-und Hitzeeinwirkung zum Flavon, das zur gleichzeitigen Entfernung der Schutzgruppen und der labilen C-5-Methylgruppe mit 1 M BCl3-Lösung bei etwa –70 °C behandelt worden ist. Mit dem chemisch synthetisierten Hispidulin erfolgten Studien zu dessen pharmakologischen Eigenschaften an rekombinanten GABAA-Rezeptoren im Xenopus laevis Oozyte-Modell. Hispidulin zeigte an allen untersuchten Rezeptor-Subtypen (alpha1-3,5,6beta2,gamma2) bereits in Konzentrationen ab 50 nM eine stark positive Stimulation des GABA-induzierten Ionenstromes. Maximale relative Stimulation wurde bei einer Konzentration von 10 µM erreicht, bei der Hispidulin 24 % der maximalen Diazepam-Wirkung aufwies. Da Hispidulin einen mit BZD-Agonisten vergleichbaren, jedoch geringeren Einfluss auf die GABA-induzierten Ströme zeigte, wurde das pharmakologische Profil als partiell agonistisch charakterisiert. Die weiteren Studien waren daher auf den Nachweis einer in vivo-Wirksamkeit von Hispidulin ausgerichtet. Das Modell der Mongolischen Wüstenrennmaus (Gerbil, Meriones unguiculatus) ist ein geeignetes Tiermodell zur Untersuchung epileptiformer Krämpfe und wird eingesetzt, um die Wirkung potentieller Antiepileptika zu untersuchen. Es bot uns die Möglichkeit, erste in vivo-Studien mit Hispidulin durchzuführen. Hierzu sind mittelschwere bis schwere Anfälle mit einer Häufigkeit von etwa 90 % induziert worden. Nach siebentägiger Verfütterung von Hispidulin (10 mg/kg KG pro Tag) und Diazepam (2 mg/kg KG pro Tag) (als Positivkontrolle) wurde sowohl in der Hispidulin-, als auch in der Positivkontrollgruppe eine Reduzierung schwerer Anfälle auf 30 bzw. 25 % beobachtet. Hispidulin zeigte in vivo eine mit Diazepam vergleichbare antikonvulsive Wirkung und damit das Potential eines möglichen Antiepileptikums.…
• In this study, ligands of the central benzodiazepine receptor (BZD-R) from plant tissues were investigated. The activity of the first part was devoted to investigations of “natural” benzodiazepines (BZD). Their occurrence has been observed in several studies; potentially, microorganisms contribute to their biogenesis. It was the aim of our studies to clarify whether BZD can be formed under sterile conditions, i.e. excluding any microbial activity. Thus, plant cell tissues and cell regenerates of Solanum tuberosum and Artemisia dracunculus,In this study, ligands of the central benzodiazepine receptor (BZD-R) from plant tissues were investigated. The activity of the first part was devoted to investigations of “natural” benzodiazepines (BZD). Their occurrence has been observed in several studies; potentially, microorganisms contribute to their biogenesis. It was the aim of our studies to clarify whether BZD can be formed under sterile conditions, i.e. excluding any microbial activity. Thus, plant cell tissues and cell regenerates of Solanum tuberosum and Artemisia dracunculus, cultivated under sterile conditions, were checked for their binding affinity to the BZD-R. For this purpose, methanolic extracts were purified by solid phase extraction and preparative HPLC. Fractions with a significant displacing potency in the BZD radio receptor binding assay (RRA) were studied for their content of selected BZD by on-line HPLC-electrospray-tandem mass spectrometry (HPLC-ESIpos-MS/MS) in the ‘selected reaction monitoring’ (SRM) mode. Using this technique, delorazepam and temazepam were found in the extract of Artemisia dracunculus cell tissue, whereas Solanum tuberosum herb contained diazepam and temazepam. The second part of our work comprised studies on novel natural non-BZD-like ligands of the BZD-R. Thus, methanolic extracts from several plant species were screened for their activity in the RRA. We focused our interest on plants which are known for their sedative and anticonvulsive effects and , thus used in folkloric medicine. The extract from Salvia officinalis L. was chosen for subsequent RRA guided analyses. After several chromatographic purification steps, three flavones and two abietane diterpenes functioning as BZD-R active components were separated. The BZD-R active flavones were identified as apigenin (5,7,4’-trihydroxyflavone) (1), hispidulin (5,7,4’- trihydroxy-6-methoxyflavone) (2) and cirsimaritin (5,4’-dihydroxy-6,7-dimethoxyflavone) (3). The two diterpenes were characterized as 7-methoxyrosmanol (4) and galdosol (5). Hispidulin (2), 7-methoxyrosmanol (4) and galdosol (5) showed the strongest binding activities to the BZD-R with IC50 values of 1.3, 7.2 and 0.8 µM, respectively. The affinities measured for apigenin (1) and cirsimaritin (3) were lower, revealing IC 50 values of 30 and 350 µM, respectively. The high BZD-R activity of hispidulin in the RRA prompted us to investigate its pharmacological profile and in vivo efficiency. As the isolation from plant material is very time- and material-consuming, we provided hispidulin by chemical synthesis. This was realized in accordance with the method of Baker-Venkataraman, starting with 4-benzyloxy-2,3-dimethoxy-6-hydroxyacetophenone and 4-benzyloxybenzoic acid chloride. Reactants were prepared in separate routes from 2,4,6-trihydroxyacetophenone and 4-hydroxybenzoic acid, respectively. The benzoyl ester was built from the actophenone and acid chloride component and rearranged to the corresponding 1,3-diketone under basic conditions. The 1,3-diketone cyclized to the flavone in the presence of acid and heat. In the last step, the protection groups and the labile C-5-methoxy group were removed by reaction with 1 M BCl3 solution at -70 °C. Chemically synthesized hispidulin was investigated for its pharmacological properties with recombinant GABAA receptors in the Xenopus laevis oocyte model. Substance concentrations of 50 nM and higher strongly stimulated the GABA-induced chloride ion influx at all receptor subtypes (alpha1-3,5,6beta2gamma2). Maximum relative stimulation was achieved with 10 µM hispidulin. At this concentration, hispidulin showed 24 % of the maximum diazepam efficiency. Hispidulin therefore showed positive modulation of the GABAA receptor with lower efficiency compared to BZD. The pharmacological profile was thus characterized as partially agonistic. Consequently, further studies were focused on the in vivo efficacy of hispidulin. BZD agonists show antiepileptic effects in vivo. The mongolian gerbil model (Meriones unguiculatus) is a natural animal model to investigate epileptic seizures and effects of potential antiepileptics. It provided the possibility for a first in vivo experiment with hispidulin to simultaneously detect its biological relevance and in vivo efficiency. Strong seizures were induced in about 90 % of the animals. After oral application of hispidulin (10 mg/kg body weight per day; test group) and diazepam (2 mg/kg body weight per day; positive control group) for seven days, both groups showed reduction of strong seizures to 30 and 25 %, respectively. Hispidulin revealed anticonvulsive in vivo effects, which were comparable to diazepam. It therefore exhibits the potential of a putative antiepileptic drug.…