The oxidative effects of a dapson derivative on normal and chronic granulomatous disease polymorphonuclear function

Summary

To evaluate the potential use of dapsone (4-diaminodiphenyl sulfone), to restore oxidative metabolism and bactericidal potency to polymorphonuclear (PMN) leukocytes from patients with chronic granulomatous disease (CGD), the active derivative of dapsone, 4-amino-4′-hydroxylaminodiphenyl sulfone (DDS-NOH) was evaluated for its ability to generate reduced products of oxygen. In a cell free system, DDS-NOH reduced the redox dye, nitroblue tetrazolium (NBT) and the reaction was ablated by superoxide dismutase (SOD), an enzyme specific for inhibiting superoxide anion mediated reactions. Addition of catalase, a scavenger of hydrogen peroxide (H₂O₂), and sodium benzoate or mannitol, both scavengers of hydroxyl radical, had no effect on the reduction of NBT by DDS-NOH. In an acellular system, high concentrations of DDS-NOH were bactericidal forStaphylococcus aureus 502A and the effect was enhanced by SOD. Catalase, but not benzoate or the singlet oxygen scavenger, beta carotene, eliminated the bactericidal effect of DDS-NOH in the presence of SOD. Incubation of CGD PMNs with 0.2 and 1.0mM DDS-NOH for 30 minutes improved the rate of glucose-1-¹⁴C oxidation and the rate of iodination of ingested zymosan particles to activities observed in control leukocytes. However, the bactericidal response was only partially restored. Washed leukocytes previously incubated with DDS-NOH failed to show enhancement of bactericidal activity in CGD PMN supporting the idea that DDS-NOH does not enter the cell. Exposure of normal and CGD PMN to 0.02mM DDS-NOH promoted capping of Concanavalin A (Con A) on the plasma membrane and improved the translocation of the granular enzyme, myeloperoxidase into phagocytic vesicles. Both responses depend upon the disassembly of cytoplasmic microtubules confirmed directly by³H colchicine binding. These studies indicate that DDS-NOH generates superoxide anion and H₂O₂ which are bactericidal but the oxidative properties of DDS-NOH are toxic toward the sulfhydryl containing microtubules allowing only partial restoration of CGD PMN phagocytic function.

Zusammenfassung

Zwecks Beurteilung einer möglichen Anwendung von Dapsone (4-Diaminodiphenylsulfon) zur Wiederherstellung des oxydativen Metabolismus und der bakteriziden Potenz polymorphkerniger Leukozyten bei Patienten mit chronischen Granulomatosen wurde das aktive Dapsone-Derivat 4-Amino-4′-Hydroxylaminodiphenylsulfon (DDS-NOH) hinsichtlich seiner Fähigkeit geprüft, reduzierte Sauerstoffverbindungen zu erzeugen. In einem zellfreien System reduzierte DDS-NOH den Redoxfarbstoff Nitroblau-Tetrazolium (NBT); die Reaktion wurde durch Peroxiddismutase (SOD) — ein spezifisches Enzym, das durch das Peroxid-Anion vermittelte Reaktionen hemmt — aufgehoben. Zusatz von Katalase, Natriumbenzoat und Mannit — sämtlich hochavide Überträger des Hydroxylradikals — war ohne Wirkung auf die NBT-Reduktion durch DDS-NOH. In einem zellfreien System waren hohe DDS-NOH-Konzentrationen bakterizid fürStaphylococcus aureus 502A, die Wirkung wurde durch die SOD verstärkt. Katalase, jedoch nicht Benzoat oder der avide O₂-Überträger β-Karotin, hoben den bakteriziden Effekt des DDS-NOH in Gegenwart von SOD auf. Inkubation polymorphkerniger Leukozyten der genannten Patienten mit 0.2 und 1.0 mM DDS-NOH für 30 min steigerte das Ausmaß der Glukose-1-¹⁴C-Oxydierung und der Jodbindung ingerierter Zymosanpartikel auf die Werte bei Kontroll-Leukozyten. Jedoch wurde die bakterizide Potenz nur teilweise restituiert. Gewaschene, vorher mit DDS-NOH inkubierte Polymorphkernige der Patienten wiesen keine Verstärkung der bakteriziden Aktivität auf; dies stützt die Annahme, daß DDS-NOH nicht in die Zelle eindringt. Inkubation Polymorphkerniger von Gesunden und von Patienten in 0.2 mM DDS-NOH begünstigte die Anlagerung von Concanavalin A an der Plasmamembran und die Einlagerung des Granularenzyms Myeloperoxydase in Phagozytenvesikel. Beide Reaktionen beruhen auf der Dissoziierung zytoplasmatischer Mikrotubuli, was sich unmittelbar durch die³H-Colchizinbindung bestätigen läßt. Aus diesen Versuchen ist zu folgern, daß DDS-NOH Peroxid-Anionen und H₂O₂ erzeugt, die bakterizid wirken. Jedoch sind die oxydierenden Eigenschaften des DDS-NOH toxisch für die sulfhydrylhaltigen Mikrotubuli und erlauben daher nur eine Teilrestitution der phagozytären Funktion polymorphkerniger Leukozyten bei Kranken mit Granulomatosen.