Inducible nitric oxide synthase as a target of anti-inflammatory treatment modalities

Typpioksidi on elimistön signaalimolekyyli, jolla on tärkeä rooli mm. verenpaineen säätelyssä ja taistelussa taudinaiheuttajia vastaan. Tilanteissa, joissa typpioksidia tuotetaan liikaa, sillä on myös epäsuotuisia, solujen ja elimistön toimintaa haittaavia vaikutuksia. Reumataudit ja tulehdukselliset suolistosairaudet ovat esimerkkejä sairauksista, joissa typpioksidia tuotetaan liikaa. Liiallinen typpioksidin tuotto voimistaa tulehdusta, ja onkin osoitettu, että estämällä typpioksidin tuottoa saavutetaan suotuisia, tulehdusta vaimentavia vaikutuksia. Väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli selvittää mekanismeja ja löytää yhdisteitä, jotka vaimentavat typpioksidin tuottoa ja sitä tuottavan geenin toimintaa. Tutkimuksen tarkempana kohteena olivat erilaiset solutason signaalimekanismit. Tutkimuksissa havaittiin tiettyjen flavonoidisten yhdisteiden, joita esiintyy mm. hedelmissä ja kotimaisissa marjoissa, estävän typpioksidin tuottoa. Flavonoidien kyky estää typpioksidia tuottavan geenin ilmentymistä voi osaltaan selittää niiden suotuisia vaikutuksia terveyttä edistävinä yhdisteinä. Väitöskirjatyössä tutkittiin myös glukokortikoidien ( kortisonin ) vaikutusta typpioksidin tuottoon. Glukokortikoidien todettiin estävän typpioksidia tuottavan geenin aktivoitumista nk. histonideasetylaation kautta. Havaittua mekanismia ei ole aiemmin kuvattu glukokortikoidien ja typpioksidin suhteen. Kolmantena tulehdusta vaimentavana yhdisteryhmänä tutkittiin kalsineuriiniestäjiä, lääkkeitä, joita käytetään reuma- ja ihotautien hoidossa sekä estämään hylkimisreaktioita elinsiirron jälkeen. Nämä lääkkeet nopeuttivat tutkitun geenin lähetti-RNA:n hajoamista. Kyseessä on uusi mielenkiintoinen mekanismi jolla tulehdusgeenejä voidaan vaimentaa. Väitöskirja tuotti uutta tietoa typpioksidia tuottavan geenin säätelystä. Tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi kehitettäessä uusia, entistä tarkemmin kohteensa löytäviä lääkkeitä tulehdustautien hoitoon.Nitric oxide (NO) is a gaseous signaling molecule with various physiological and pathophysiological properties. Three distinctive nitric oxide synthase (NOS) enzymes produce NO; endothelial NOS (eNOS), neuronal NOS (nNOS) and inducible NOS (iNOS). Of these, eNOS and nNOS are mainly responsible for the low physiological production of NO. In inflammation, bacterial products and inflammatory cytokines induce the expression of iNOS, which produces high amounts of NO over prolonged periods. Nitric oxide has regulatory and pro-inflammatory properties in inflammation. In a number of inflammatory diseases, such as rheumatoid arthritis and inflammatory bowel disease, increased iNOS expression and NO production have been shown to have detrimental effects. Selective iNOS inhibitors have proved to have anti-inflammatory effects in many experimentally-induced inflammatory reactions. The aim of the present study was to explore how iNOS expression and NO production are regulated. This may be related to the pathogenesis of inflammation and the knowledge can be utilized in the development of novel drugs. In the present study, the effects of several anti-inflammatory compounds on iNOS expression and NO production were investigated and the more precise mechanisms of action were further clarified. iNOS expression and NO production was induced by bacterial lipopolysaccharide (LPS) in murine macrophages, by LPS and interferon γ (IFN) in murine fibroblasts, and by cytokine interleukin-1β in human alveolar epithelial cells. Chemical methods, and techniques of cellular and molecular biology were applied to study the production of NO, expression of iNOS, and the activation of transcription factors important for iNOS expression. The glucocorticoid, dexamethasone, as well as RU24858, which is a dissociated glucocorticoid, were found to inhibit iNOS expression and NO production probably by a mechanism related to increased histone deacetylation. Glucocorticoids have earlier been described to exert their effects on certain other pro-inflammatory genes via increased histone deacetylation. In the present study, histone deacetylation is proposed as a novel mechanism mediating the inhibitory effects of glucocorticoids on iNOS expression and NO production. Eight flavonoids out of 36 naturally occuring phenolic compounds studied, were found to inhibit the activation of transcription factor nuclear factor κB (NF κB), and four of them inhibited also the activation of signal transducer and activator of transcription 1 (STAT 1), in addition to their inhibitory action on iNOS expression and NO production. The activations of these two transcription factors are known to be important in iNOS expression. The inhibition of the activation of NF κB and/or STAT 1 is believed to explain the reduced iNOS expression and NO production caused by the flavonoids flavone, daidzein, genistein, isorhamnetin, kaempferol, quercetin, naringenin and pelargonidin. Calcineurin is a serine/threonine phosphatase known to mediate several cellular signals, e.g. in response to T cell activation. Three calcineurin inhibitors, cyclosporin A (CsA), tacrolimus (FK 506) and pimecrolimus, were shown to inhibit iNOS expression and NO production, probably by enhancing the degradation of iNOS mRNA. In the present study, different mechanisms to explain how iNOS expression is regulated in response to inflammatory stimuli were identified. Novel compounds that inhibited iNOS expression were discovered. In addition, novel mechanisms of action were clarified for compounds which were previously known to inhibit iNOS expression and NO production. These mechanisms are associated with the anti-inflammatory properties of these compounds and this knowledge may be utilized in the development of new anti-inflammatory compounds with more selective target specificities