New approaches to improve prediction of drug-induced liver injury

Das haufige Scheitern neuer Arzneistoffkandidaten aufgrund von Lebertoxizitat in praklinischen und klinischen Studien stellt ein erhebliches Problem in der Entwicklung von neuen Arzneimitteln dar. Deshalb ist es wichtig, neue Ansatze zu entwickeln, mit deren Hilfe unerwunschte Wirkungen von Arzneimitteln fruher und zuverlassiger erkannt werden konnen. Um die Vorhersage von Lebertoxizitat in praklinischen Studien zu verbessern, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei wesentliche Ansatze gewahlt: 1) die Evaluierung neuer Biomarker, durch die Lebertoxizitat zuverlassiger und empfindlicher detektiert werden konnte und 2.) wirkmechanistische Untersuchungen mittels Toxcicogenomics fur ein besseres Verstandnis der zugrunde liegenden Mechanismen der Arzneimittel-induzierten Toxizitat. Ein Ziel dieser Arbeit war, die Fahigkeit einiger neuer potenzieller Biomarker (NGAL, Thiostatin, Clusterin und PON1) zu bewerten, Arzmeimittel-induzierte Lebertoxizitat in Ratten fruhzeitig zu erkennen. Die Ergebnisse zeigen, dass PON1 und Clusterin infolge eines durch die verabreichten Arzneistoffkandidaten verursachten Leberschadens nicht konsistent verandert waren. Diese beiden Marker sind daher, verglichen mit bestehenden klinisch-chemischen Markern, nicht fur eine sichere Vorhersage von Arzneistoff-induzierten Leberschaden geeignet. Bei Thiostatin und NGAL zeigte sich hingegen ein zeit- und dosisabhangiger Anstieg im Serum und Urin behandelter Tiere. Diese Veranderungen, die gut mit der mRNA Expression im Zielorgan ubereinstimmten, korrelierten mit dem Schweregrad der Arzneistoff-induzierten Leberschaden. Die Analyse mittels ROC zeigte, Thiostatin im Serum, nicht aber NGAL, ein besserer Indikator fur Arzneimittel-induzierte hepatobiliare Schaden ist als die routinemasig verwendeten klinische-chemischen Marker, wie z.B. die Leberenzyme ALP, ALT und AST. Thiostatin wird jedoch als Akute-Phase-Protein in einer Vielzahl von Geweben exprimiert und kann somit nicht spezifisch als Lebermarker betrachtet werden. Dennoch zeigen unsere Ergebnisse, dass Thiostatin als sensitiver, minimal-invasiver diagnostischer Marker fur Entzundungsprozesse und Gewebeschaden eine sinnvolle Erganzung in der praklinischen Testung auf Lebertoxizitat darstellt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde mittels RNA-Interferenz das pharmakologische Target des Arzneistoffkandidaten BAY16, der Glukagonrezeptor, auf mRNA-Ebene gehemmt und anhand von Genexpressionsanalysen untersucht, ob die pharmakologisch-bedingte Modulation des Glukagonrezeptors eine Rolle in der Toxizitat von BAY16 spielt. Desweiteren sollten diese Arbeiten Aufschluss geben, welche molekularen Veranderungen auf die pharmakologische Wirkung des Arzneistoffs zuruckzufuhren sind, und daher fur den Mechanismus der Toxizitat moglicherweise wenig relevant sind. Wahrend BAY16 in Konzentrationen von 75 µM starke zytotoxische Wirkungen aufwies, hatte die siRNA vermittelte Depletion des Glukagonrezeptors keinen Einfluss auf die Vitalitat primarer Rattenhepatozyten. Daraus lasst sich ableiten, dass die Hepatotoxiziat von BAY16 in vitro und in vivo nicht mit der pharmakologischen Modulation des Glukagonrezeptors assoziiert ist. Diese Ergebnisse wurden durch die Tatsache gestutzt, dass die meisten der durch BAY16 induzierten Genexpressionsveranderungen unabhangig von der pharmakologischen Modulation des Glucagonrezeptors auftraten. Diese beobachteten off-target-Effekte beinhalteten Veranderungen im Fremdstoffmetabolismus, oxidativer Stress, erhohte Fettsauresynthese und Veranderungen im Cholesterol- und Gallensauremetabolismus. Obwohl Veranderungen in diesen molekularen Mechanismen zum Fortschreiten eines Leberschadens beitragen konnen, ist es anhand dieser Daten nicht moglich einen eindeutigen Mechanismus fur die Toxizitat von BAY16 abzuleiten. In dieser Arbeit konnte jedoch gezeigt werden, dass die Anwendung der siRNA-Technologie einen neuen methodischen Ansatz darstellt, um Mechanismen arzneimittelbedingter Toxizitat besser verstehen zu konnen.