Dokument: Effect of indomethacin on hepatic and colonic mitochondrial function in tissue homogenates from healthy rats: an experimental in vitro study

Titel:	Effect of indomethacin on hepatic and colonic mitochondrial function in tissue homogenates from healthy rats: an experimental in vitro study
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57751
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20211018-142504-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Buitenhuis, Albert Johannes [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,19 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.10.2021 / geändert 18.10.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Picker, Olaf [Gutachter] PD Dr. med. Bärtling, Fabian [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Indomethacin (INDO) belongs to the group of non-selective non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and is known for its detrimental side effects on the lower gastrointestinal tract, like ulceration and bleedings, and for hepatotoxicity. From in vivo studies on small intestines from rats it is known that INDO exhibits substantial tissue injury (microvascular disorder, villus shortening, inflammation and epithelial disruption) due to mitochondrial uncoupling. Yet, there is no literature about the effects of INDO on colon and equivocal results regarding liver tissue. The aim of this study was to explore the mitochondrial function of rat colon and liver tissue under different doses of INDO in vitro for a possible explanation of the pathomechanisms on the adverse effects of INDO seen in colon and liver. Mitochondrial oxygen consumption was polarographically measured using a Clark type electrode in colon and liver homogenates from healthy rats after incubation with dimethyl sulfoxide (DMSO) (control) and INDO (diluted in DMSO) (colon: 0.36, 1, 30, 179, 300, 1000, 3000 µM INDO; liver: 0.36, 1, 3, 10, 30, 100, 179 µM INDO; n=6). Substrate-dependent (state 2) and ADP-dependent (state 3) respiration were computed. As an indicator for the coupling between the electron transport system (ETS) and oxidative phosphorylation (OXPHOS) the respiratory control index (RCI) was derived. The ADP/O ratio was calculated as an indicator of efficiency of OXPHOS. The data were non parametrically distributed therefore a Kruskal-Wallis test and a Dunn’s correction were conducted. Differences in medians with p < 0.05 vs. control were considered significant and are presented as median (% of control) and interquartile range. INDO did not affect the RCI vs. control of colonic mitochondria. In colonic mitochondria the ADP/O ratio rose at concentrations of 1000 and 3000 µM INDO to 159 % (133 – 166 %) respectively to 183 % (167 – 349 %) and in complex II at concentrations of 179 and 3000 µM INDO to 142 % (113 – 150 %) respectively to 175 % (140 – 238 %). In hepatic mitochondria the RCI vs. control decreased for complex I and complex II at a concentration of 179 µM INDO to 41 % (32 – 50 %) respectively to 73 % (66 – 75 %). The ADP/O ratio vs. control was only altered in complex I triggered respiration at a concentration of 179 µM INDO to 994 % (674 – 1190 %). Summarizing the results, INDO affected colonic and hepatic mitochondria in an organ-specific, concentration-dependent and complex specific manner. Since INDO increased the efficiency of the OXPHOS in colonic cells, the deleterious GI complications associated with NSAID treatment are most likely not mediated via colonic mitochondria. On the other hand, the strong increase of the ADP/O ratio in hepatic mitochondria may reflect complex I specific terminal uncoupling leading to an energy depletion which could explain the pathomechanism of NSAIDs hepatotoxicity. Zahlreiche hepatische und gastrointestinale Nebenwirkungen nichtsteroidaler Antirheumatika (NSAR), wie z.B. Ulzerationen, Blutungen und Leberfunktionsstörungen, werden möglicherweise verursacht durch eine Störung der mitochondrialen Funktion mit schlussendlich kompromittierter ATP Synthese. Diese These wird vor allem für den Gastrointestinaltrakt durch in vivo Studien an gesunden Ratten gestützt, in welchen gezeigt werden konnte, dass sich mikrovaskuläre Störungen, Zottenveränderungen, Entzündungen und Epithelzerfall im Dünndarm unter der Gabe von NSAR entwickeln. In der Literatur gibt es allerdings keine Studien zur direkten Interaktion von NSAR mit der mitochondrialen Funktion von Colonzellen sowie widersprüchliche Ergebnisse zu Leberzellen. Ziel dieser Arbeit war es daher, die mitochondriale Funktion von Leber- und Colonzellen gesunder Ratten unter verschiedenen Konzentrationen von Indomethacin (INDO) zu untersuchen, um einen möglichen Erklärungsansatz für die oben beschriebenen Nebenwirkungen von NSAR zu finden. Der Sauerstoffverbrauch wurde in Colon- und Leberzellhomogenaten polarographisch mittels einer Clark-Elektrode nach Inkubation mit Dimethylsulfoxid (DMSO) (Kontrolle) oder INDO (in DMSO verdünnt) (Colon: 0,36, 1, 30, 179, 300, 1000, 3000 µM; Leber: 0,36, 1, 3, 10, 30, 100, 179 µM; n=6) und unter Gabe von Substrat (State 2) und ADP (State 3) gemessen. Als Indikator der Kopplung zwischen dem Elektronentransportsystem (ETS) und der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) wurde der Respiratory Control Index (RCI) berechnet. Zur Bestimmung der Effizienz der OXPHOS wurde die ADP/O-Ratio bestimmt. Die erhobenen Daten waren nicht parametrisch verteilt, daher wurde ein Kruskall-Wallis-Test und Dunn’s-Test durchgeführt. Signifikanzen von p < 0,05 werden im Weiteren dargestellt (Median in % der Kontrolle und Interquartilbereich). Der RCI vs. Kontrolle bestimmt in Colonzellhomogenaten, zeigte keine Veränderung in Komplex I und II unter Einwirkung von INDO. Die ADP/O-Ratio vs. Kontrolle gemessen in Colonzellhomogenaten für Komplex I stieg unter Einfluss von 1000 µM INDO auf 159 % (133 – 166 %) und unter 3000 µM INDO auf 183 % (167 – 349 %) sowie für Komplex II unter 179 µM INDO auf 142 % (113 -150 %) und unter 3000 µM INDO auf 175 % (140 – 238 %). In Leberzellhomogenaten wurde ein Absinken der RCI vs. Kontrolle unter der Wirkung von 179 µM INDO in Komplex I auf 41 % (32 – 50 %) und Komplex II auf 73 % (66 – 75 %) beobachtet. Die ADP/O-Ratio vs. Kontrolle zeigte ausschließlich eine Veränderung in Komplex I unter 179 µM INDO auf 994 % (674 – 1190 %). Zusammenfassend beeinflusste INDO organspezifisch, konzentrationsabhängig und komplexabhängig die mitochondriale Funktion der Colon- und Leberzellen. In Colonzellen wirkte INDO positiv auf die Effizienz der OXPHOS, so dass die Nebenwirkungen auf den Gastrointestinaltrakt vermutlich nicht von einer Dysfunktion der Colonmitochondrien verursacht werden. Im Gegensatz dazu deutet die stark erhöhte ADP/O-Ratio in Leberzellen auf eine spezifische Entkopplung der mitochondrialen Funktion hin, welche die Hepatotoxizität von NSAR erklären könnte.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	18.10.2021
Dateien geändert am:	18.10.2021
Promotionsantrag am:	07.02.2021
Datum der Promotion:	14.10.2021