Summary
Since enhanced protein synthesis can underly the drug induced activation of microsomal liver enzymes it was investigated whether also non particulate bound, cytoplasmatic enzymes would be activated by known “inducers”.
The activity of the cytoplasmatic l-dopadecarboxylase (supernatant 100 000 · g, 1 hr, from rat liver homogenates, maximally activated by addition of pyridoxal-5′-phosphate) 48 hrs after i.p. injection of 100 mg/kg phenobarbital was increased by 150%: from 21.4±3.3 to 53.5±4.3 μM CO2/hr/g wet weight (male rats, 50 g b.w.). Simultaneously the ratio liver-/body-weight was increased. Similar activations occurred in the liver of 200 g rats, when the basal activity was not higher than 50 μM CO2/hr/g wet weight. The enzyme activity in kidney and brain remained unchanged.
α-hexachlorocyclohexane (200 mg/kg i.p., daily given on 5 consecutive days) 48 hrs after the last injection produced a 60% activation of liver dopadecarboxylase in 180 g rats (from 40.2±2.5 to 64.3±6.0 μM CO2). — Tolbutamide (5 times 100 mg/kg i.p.) was without effect.
With SKF 525 A as well as with inhibitors of protein synthesis — aethionin and actinomycin D — it was possible to suppress the stimulation of dopadecarboxylase produced by phenobarbital.
There was a closer correlation between the activation of the cytoplasmatic dopadecarboxylase than between that of the microsomal hexobarbital oxidising enzyme system and the increase of relative liver weight resp. — Phenobarbital (100 mg/kg i.p., 48 hrs), producing in the liver of 10 g rats a 600% increase of hexobarbital oxidation, was without influence upon dopadecarboxylase and relative liver weight in these young animals with very low basal enzyme activities.
It is in favour of the identity of the dopa- and 5-HTP resp. decarboxylating enzyme that phenobarbital enhanced decarboxylation of both amino acids at the same degree. However, histidine decarboxylase of rat liver was not stimulated by pretreatment of the animals with phenobarbital. This was also true for the cytoplasmatic lactate dehydrogenase and the mitochondrial monoamine oxidase.
Zusammenfassung
Da der Induktion von Mikrosomenfermenten der Leber durch Pharmaka eine gesteigerte Proteinsynthese zugrunde liegen kann, wurde untersucht, ob auch nicht partikulär gebundene, cytoplasmatische Enzyme durch bekannte Induktoren eine Aktivitätssteigerung erfahren.
Die Aktivität der cytoplasmatischen l-Dopadecarboxylase (Überstand 100 000 · g, 1 Std, von Rattenleberhomogenaten mit Zusatz maximal aktivierender Pyridoxal-5′-phosphatmengen) war 48 Std nach ein- oder mehrmaliger i.p. Injektion von Phenobarbital (je 100 mg/kg) um 150% erhöht: von 21,4±3,3 auf 53,5±4,3 μM CO2/Std/g Feuchtgewicht (F.G.) (ca. 50 g schwere männliche Ratten). Gleichzeitig stieg der Quotient Lebergewicht/Körpergewicht an. Ähnliche Aktivitätssteigerungen traten in der Leber ausgewachsener, 200 g schwerer Tiere auf, wenn die Ausgangsaktivität nur 50 μM CO2, nicht hingegen, wenn sie 75–80 μM CO2/Std/g F.G. betrug. Die Fermentaktivität in Niere und Gehirn blieb unverändert.
α-Hexachlorcyclohexan (je 200 mg/kg i.p. an 5 aufeinanderfolgenden Tagen, 48 Std nach der letzten Injektion) aktivierte bei 180 g schweren Ratten die Dopadecarboxylase der Leber um 60% (von 40,2±2,5 auf 64,3±6,0 μM CO2/Std/g F.G.). — Tolbutamid (fünfmal je 100 mg/kg i.p.) war wirkungslos.
Mit SKF 525 A sowie mit Hemmstoffen der Proteinsynthese — Äthionin und Actinomycin D — ließ sich die durch Phenobarbital ausgelöste Aktivitätssteigerung der Dopadecarboxylase unterdrücken.
Es bestand eine engere Korrelation zwischen Aktivierung der cytoplasmatischen Dopadecarboxylase als zwischen derjenigen des mikrosomalen Hexobarbital oxydierenden Enzymsystems und Zunahme des relativen Lebergewichts. Phenobarbital (100 mg/kg i.p., 48 Std), das in der Leber nur 10 g schwerer Ratten eine Aktivierung des Hexobarbitalabbaus um fast 600% hervorrief, war ohne Einfluß auf Dopadecarboxylaseaktivität und relatives Lebergewicht.
Für die Identität des Dopa- und 5-HTP decarboxylierenden Ferments und die Verschiedenheit der Histidindecarboxylase der Rattenleber spricht, daß Phenobarbital die Decarboxylierung von Dopa und 5-HTP in gleichem Ausmaß stimulierte, jedoch nicht diejenige von Histidin. Unbeeinflußt blieb auch die Aktivität der cytoplasmatischen Lactatdehydrogenase und diejenige der Monoaminoxydase der Lebermitochondrien.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
Literatur
Awapara, J, R. P. Sandman, and C. Hanly: Activation of dopa decarboxylase by pyridoxalphosphate. Arch. Biochem. 98, 520–525 (1962).
Axelrod, J., J. Reichenthal, and B. B. Brodie: Mechanism of the potentiating action of β-diethylaminoethyl diphenylpropylacetate. J. Pharmacol. exp. Ther. 112, 49–63 (1954).
Blaschko, H.: Substrate specifity of amino acid decarboxylases. Biochim. biophys. Acta (Amst.) 4, 130–137 (1950).
——, and S. Stanley: Enzymic formation of pressor amines. J. Physiol. (Lond.) 108, 427–439 (1949).
Bogdanski, D. F., A. Pletscher, B. B. Brodie, and S. Udenfriend: Identification and assay of Serotonin in brain. J. Pharmacol. exp. Ther. 117, 82–88 (1956).
Bresnick, E., and H.-Y. Yang: The influence of phenobarbital administration upon the “soluble” NADP-requiring enzymes in liver. Biochem. Pharmacol. 13, 497–505 (1964).
Brodie, B. B., J. J. Burns, L. C. Mark, P. A. Lief, E. Bernstein, and E. M. Papper: The fate of pentobarbital in man and dog and a method for its estimation in biological material. J. Pharmacol. exp. Ther. 109, 26–34 (1953).
Burns, J. J., and A. H. Conney: Enzyme stimulation and inhibition in the metabolism of drugs. Proc. roy. Soc. Med. 58, 955–960 (1965).
Collins, J. F.: Antibiotics, proteins and nucleic acids. Brit. med. Bull. 21, 223–228 (1965).
Conney, A. H., C. Davison, R. Gastel, and J. J. Burns: Adaptive increases in drug-metabolizing enzymes induced by phenobarbital and other drugs. J. Pharmacol. exp. Ther. 130, 1–8 (1960).
——, and J. A. Miller: The metabolism of methylated amino-azo dyes. V. Evidence for induction of enzyme synthesis in the rat by 3-methylcholanthrene. Cancer Res. 16, 450–459 (1956).
Cook, L., J. J. Toner, and E. J. Fellows: The effect of β-diethylaminoethyldiphenylpropylacetate hydrochloride (SKF No. 525 A) on hexobarbital. J. Pharmacol. exp. Ther. 111, 131–141 (1954).
Creasey, N. H.: Factors which interfere in the manometric assay of monoamine oxidase. Biochem. J. 64, 178–183 (1956).
Delbrück, A., H. Schimassek, K. Bartsch u. Th. Bücher: Enzym-Verteilungsmuster in einigen Organen und in experimentellen Tumoren der Ratte und der Maus. Biochem. Z. 331, 297–311 (1959).
Ernzerhoff, C., P. Holtz u. D. Palm: Aktivierung der Dopadecarboxylase der Leber durch Stimulatoren der Mikrosomenfermente. Naunyn-Schmiedebergs Arch. Pharmak. exp. Path. 257, 14–15 (1967a).
—— —— —— Activation of liver dopadecarboxylase by phenobarbital. Biochem. Pharmacol. 15, 1880–1882 (1967b).
Fellenberg, R. v., H. Eppenberger, R. Richterich u. H. Aebi: Das glykolytische Enzymmuster von Leber, Niere, Skeletmuskel, Herzmuskel und Großhirn bei Ratte und Maus. Biochem. Z. 336, 334–350 (1962).
Gelboin, H. V.: Drugs and protein synthesis. Exp. Med. Surg., Suppl. issue 1965, 85–103.
——, and L. Sokoloff: Effects of 3-methylcholanthrene and phenobarbital on amino acid incorporation into protein. Science 134, 611–612 (1961).
Hagen, P.: Observations on the substrate specifity of dopa decarboxylase from ox adrenal medulla, human phaeochromocytoma and human argentaffinoma. Brit. J. Pharmacol. 18, 175–182 (1962).
Herken, H., D. Maibauer u. D. Neubert: Der Einfluß von Äthionin und anderen Lebergiften auf Enzymsysteme der Lebermikrosomen. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 233, 139–150 (1958).
Holtz, P., K. Credner u. H. Walter: Über die Spezifität der Aminosäure-decarboxylasen. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem. 262, 111–119 (1939).
Holtzman, J. L., and J. R. Gillette: The effect of phenobarbital on the synthesis of microsomal phospholipid in female and male rats. Biochem. biophys. Res. Commun. 24, 639–643 (1966).
Jick, H., and L. Shuster: The turnover of microsomal reduced nicotinamid adenine dinucleotide phosphate-cytochrome creductase in the livers of mice treated with phenobarbital. J. biol. Chem. 241, 5366–5369 (1966).
Kato, R., E. Chiesara, and P. Vassanelli: Factors influencing induction of hepatic microsomal drug-metabolizing enzymes. Biochem. Pharmacol. 11, 211–220 (1962).
—— —— —— Further studies on the inhibition and stimulation of microsomal drug-metabolizing enzymes of rat liver by various compounds. Biochem. Pharmacol. 13, 69–83 (1964a).
Kato, R., W. R. Jondorf, L. A. Loeb, T. Ben, and H. V. Gelboin: Studies on the mechanism of drug induced microsomal enzyme activities. V. Phenobarbital stimulation of endogenous messenger RNA and polyuridylic acid-directed l-[14C]-phenylalanine incorporation. Mol. Pharmacol. 2, 171–186 (1966).
——, and E. Chiesara: Variation in the activity of liver microsomal drug-metabolizing enzymes in rats in relation to the age. Biochem. Pharmacol. 13, 1037–1051 (1964b).
Kauffman, F. C., S. Nakanishi, E. M. Scholar, and M. P. Schulman: Stimulation of hepatic protein synthesis by the porphyrinogenic drug, allylisopropylacetamide (AIA). Fed. Proc. 25, 195 (1966).
Koransky, W., J. Portig, H. W. Vohland u. I. Klempau: Aktivierung von Mikrosomenenzymen durch Hexachlorcyclohexan-Isomere. Ihr Einfluß auf die Scillirosidvergiftung der Ratte. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 247, 61–70 (1964).
Kunz, W., G. Schaude, W. Schmid u. M. Siess: Lebervergrößerung durch Fremdstoffe. Naunyn-Schmiedebergs Arch. Pharmak. exp. Path. 254, 470–488 (1966).
Lovenberg, W., H. Weissbach, and S. Udenfriend: Aromatic l-amino acid decarboxylase. J. biol. Chem. 237, 89–93 (1962).
Marver, H. S., A. Collins, D. P. Tschudy, and M. Rechcigl jr.: δ-Aminolevulinic acid synthetase. II. Induction in rat liver. J. biol. Chem. 241, 4323–4329 (1966).
Remmer, H.: Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Entgiftung von Evipan und Thiopental bei Ratten. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 233, 173–183 (1958).
—— Die Beschleunigung der Evipanoxydation und der Demethylierung von Methylaminoantipyrin durch Barbiturate. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 237, 296–307 (1959).
—— Drugs as activators of drug enzymes. Proc. I. Int. Pharmacol. Meeting 1961. ed. B. Uvnäs, Vol. 7, p. 235–249. Oxford: Pergamon Press 1962a.
—— Drug Tolerance. In: Enzymes and drug action. CIBA Foundation Symposium, eds. J. L. Mongar and A. V. S. de Reuck, p. 276–300. London: J. & A. Churchill Ltd. 1962b.
—— Drug induced formation of smooth endoplasmic reticulum and of drug metabolizing enzymes. Proc. Europ. Soc. for Study of Drug Toxicity, Vol. 4, 57–76 (1964).
—— u. H.-J. Merker: Vermehrung arzneimittel-oxydierender Enzyme durch Tolbutamid. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 249, 71–84 (1964).
Samuels, L. D.: Actinomycin and its effects. Influence on an effector pathway for hormonal control. New Engl. J. Med. 271, 1252–1258, 1301–1308 (1964).
Schimke, R. T., E. W. Sweeney, and C. M. Berlin: Studies on the stability in vivo and in vitro of rat liver tryptophan pyrrolase. J. biol. Chem. 240, 4609–4620 (1965).
Serrone, D. M., and J. M. Fujimoto: The effect of certain inhibitors in producing shortening of hexobarbital action. Biochem. Pharmacol. 11, 609–615 (1962).
Shull, K. H., J. McConomy, M. Vogt, A. Castillo, and E. Farber: On the mechanism of induction of hepatic adenosine triphosphate deficiency by ethionine. J. biol. Chem. 241, 5060–5070 (1966).
Shuster, L., and H. Jick: The turnover of microsomal proteins in the livers of phenobarbital-treated mice. J. biol. Chem. 241, 5361–5365 (1966).
Telford, J. M., and G. B. West: Some effects of corticosteroids on the metabolism of histamine and 5-hydroxytryptamine in the rat. Brit. J. Pharmacol. 16, 360–368 (1961).
Udenfriend, S., W. M. Lovenberg, and H. Weissbach: l-amino acid decarboxylase activity in mammalia tissues and its inhibition by α-methyl dopa. Fed. Proc. 19, 7 (1960).
Villa-Trevino, S., K. H. Shull, and E. Farber: The role of adenosine triphosphate deficiency in ethionine-induced inhibition of protein synthesis. J. biol. Chem. 238, 1757–1763 (1963).
—— —— —— The inhibition of liver ribonucleic acid synthesis by ethionine. J. biol. Chem. 241, 4670–4674 (1966).
Werle, E., u. D. Aures: Über die Reinigung und Spezifität der Dopadecarboxylase. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem. 316, 45–60 (1959).
Westermann, E., H. Balzer u. J. Knell: Hemmung der Serotoninbildung durch α-Methyldopa. Naunyn-Schmiedebergs Arch. exp. Path. Pharmak. 234, 194–205 (1958).
Zubrzycki, Z., u. H. Staudinger: Kinetik, intrazelluläre Lokalisation und Induzierbarkeit der Monoaminoxydase. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem. 348, 639 bis 644 (1967).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Herrn Prof. Dr. Dr. E. Werle zum 65. Geburtstag am 10. Oktober 1967 gewidmet.
Über einen Teil der Ergebnisse wurde in einer kurzen Mitteilung und in einem Vortrag auf der 30. Tagung der Dtsch. Pharmakol. Ges. in Kiel (1966) berichtet: Ernzerhoff, Holtz u. Palm (1967a und b).
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Palm, D., Ernzerhoff, C. & Holtz, P. Über die Stimulierbarkeit der Dopadecarboxylase und anderer cytoplasmatischer Leberenzyme durch Induktoren von Mikrosomenfermenten. Naunyn-Schmiedebergs Arch. Pharmak. u. Exp. Path. 258, 352–371 (1967). https://doi.org/10.1007/BF00536590
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00536590
Key-words
- Enzyme induction
- Dopa decarboxylase
- Protein synthesis
- Microsomal enzymes
- Phenobarbital
- Cytoplasmatic enzymes