Hintergrund:
Präklinische Modelle sowie klinische Daten zeigen, dass eine Herzinsuffizienz mit einer Akkumulation von L-2-Hydroxyglutarat (L2HG) einhergeht. L2HG entsteht im Zitratzyklus und wird von der L-2-Hydroxyglutaratdehydrogenase (L2HGDH) zu L-2-Oxoglutarat umgewandelt, was erneut in den Zyklus eingeschleust werden kann. Vorarbeiten zeigen, dass eine Steigerung des L2HG-Abbaus mittels Überexpression von L2HGDH, vor pathologischer Hypertrophie schützt. Ziel unserer Studie war es, spezifische pharmakologische Aktivatoren der L2HGDH Expression mittels High-Throughput screen in Kardiomyozyten zu identifizieren (‚re-purposing‘ von FDA-zugelassenen Medikamenten).
Methoden und Ergebnisse:
Es wurde ein Reportersystem unter Verwendung des Promotors der L2HGDH und eines Luciferase-Expressionssystems etabliert und mittels AAV-9 Kapsid verpackt (L2HGDH-LUC). Neonatale Rattenkardiomyozyten (NRVM) wurden mit 5x104 Vektorgenomen/Zelle infiziert und mit einer Compound-Bibliothek aus 1971 FDA-zugelassenen Medikamenten behandelt. Die L2HGDH-LUC-Aktivität in NRVMs wurde dann in vitro mittels automatisiertem Verfahren gemessen (N=3, n=6/compound; total n=13356, einschließlich Kontrollen). Es zeigte sich eine geringere Aktivität bei ‚klassischen‘ kardioprotektiven Medikamenten wie ACE-Hemmer (Ramipril, ratio: 0.75, FDR < 0.005; Enalapril, ratio: 0.83, FDR < 0.05) bzw. eine weitere Abschwächung bei kardiotoxischen Medikamenten (Daunorubicin, ratio: 0.26, FDR < 0.001). Eine gesteigerte L2HGDH-LUC-Aktivität fand sich bei Aldosteron-Rezeptorantagonisten, wie zum Beispiel Spironolacton (ratio 1.36, FDR < 0.01), selektiven Betablockern, wie zum Beispiel Metoprolol (ratio 1.52, FDR < 0.001) oder Bisoprolol (ratio 1.37, FDR < 0.005). In der compound-set enrichment analyse zeigte sich eine Anreichung bei den Wirkstoffklassen Histaminrezeptor-Antagonisten (enrichment score (NES) = 1.943, FDR < 0.01), gegen den Glukokortikoid-Rezeptor (NES = 3.309, FDR < 0.0001), sowie gegen die Dipeptidyl-Peptidase 4 (DPP4) (NES = 2.560, FDR < 0.0001).
Zusammenfassung:
Mittels automatisierten High-Throughputscreen in NRVMs konnten wir Betablocker, Mineralkortikoidrezeptoren, Glucocorticoide und DPP4-Hemmer als potentielle Aktivatoren der L2HGDH in Kardiomyozyten identifizieren. Sekundär-screens und In vivo -Validierung werden zeigen, ob die pharmakologische Aktivierung der L2HGDH therapeutisch nutzbar ist. Das automatisierte Screening-System kann zudem auf weitere compound-libraries und Ziel-Gene skaliert werden, um andere molekulare Ziele zur Behandlung einer metabolischen Dysregulation der Herzinsuffizienz zu testen.