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Background and aim: Many patients with cancer experience emesis (nausea and vomiting) during radiotherapy. The overall aim of this thesis was to improve the situation for patients with risk for emesis during radiotherapy, by evaluating emesis in patients receiving verum (genuine) acupuncture, sham (simulated) acupuncture or standard care during radiotherapy. Methods: In study I, a cross-sectional sample (n=368) treated with radiotherapy over various fields answered a study-specific questionnaire. In study II, 80 healthy volunteers were randomized to receive needling with verum acupuncture or non-penetrating telescopic sham needles by one of four physiotherapists. In study III, 215 patients were randomly allocated to verum (n=109) or non-penetrating telescopic sham (n=106) acupuncture during their entire radiotherapy period over abdominal or pelvic fields. The same 215 patients were also included in study IV. They were compared to 62 patients irradiated over abdominal or pelvic fields, selected from study I. Results: In study I, the weekly prevalence of nausea was 39 % in all radiotherapy-treated patients and 63 % in abdominal or pelvic irradiated patients. Age younger than 40 years and previous experience of nausea in other situations were characteristics associated with an increased risk for nausea. Of the 145 nauseous patients, 34 % considered their antiemetic treatment as insufficient. Patients with nausea reported lower level of quality of life compared to patients free from nausea. In study II, most individuals needled with verum (68 %) or sham (68 %) acupuncture could not identify needling type, and that blinding result varied from 55 to 80 % between the four therapists. In study III, nausea was experienced by 70 % (mean number of days=10.1) and 25 % vomited during the radiotherapy period. In the sham group 62 % experienced nausea (mean number of days=8.7) and 28 % vomited. Ninety five percent in the verum and 96 % in the sham group believed that the treatment had been effective for nausea. In both groups, 67 % experienced other positive effects, on relaxation, mood, sleep or pain-reduction, and 89 % were interested in receiving the treatment again. In study IV, the weekly prevalence of nausea and vomiting was 38 and 8 % in the verum group, 37 and 7 % in the sham group and 63 and 15 % in the standard care group. The nausea difference between the acupuncture and the standard care cohort was statistically significant, also after overall adjustments for potential confounding factors. The nausea intensity in the acupuncture cohort was lower compared to the standard care cohort (p=0.002). Patients who expected nausea had increased risk for nausea compared to patients who expected low risk for nausea (Relative risk 1.6). Conclusions and implications: Nausea was common during abdominal or pelvic field irradiation in patients receiving standard care. Verum acupuncture did not reduce emesis compared to sham acupuncture, while reduced emesis was seen in both patients treated with verum or sham acupuncture. Health-care professionals may consider identifying and treating patients with increased risk for nausea in advance. The telescopic sham needle was credible. Researchers may thus use and standardize the sham procedure in acupuncture control groups. The choice of performing acupuncture during radiotherapy cannot be based on arguments that the specific characters of verum acupuncture have effects on nausea. It is important to further study what components in the acupuncture procedures that produce the dramatic positive but yet not fully understood antiemetic effect, making it possible to use those components to further increase quality of care during radiotherapy.

Lycorin gilt bei vielen Amaryllidaceae als Hauptalkaloid und die Aufnahme dieser Pflanzen ist eine häufige Vergiftungsursache bei Mensch und Tier. Als Hauptsymptome infolge dieser Pflanzenvergiftungen werden Nausea und Emesis genannt, aber systematische Untersuchungen zu diesen biologischen Effekten, zum Wirkmechanismus und zur Pharmakokinetik von Lycorin, das als auslösendes Agens angenommen wird, existieren bislang nicht. In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen verabreichter Lycorin-dosis und Lycorin-induzierter Nausea und Emesis, die Beeinflussbarkeit dieser emetischen Effekte durch etablierte Antiemetika und die Pharmakokinetik von Lycorin in einem cross-over und vehikel-kontrollierten Design in vivo untersucht. Die Studie wurde an elf Beagle-Hunden beider Geschlechter durchgeführt. Die Lycorin-induzierten emetischen Effekte wurden quantifiziert und über Videoaufzeichnungen zeitnah dokumentiert. Nausea wird hierbei mittels eines Scoring-Systems quantifiziert, während die Parameter Latenzzeit, Dauer und Anzahl der Brechakte zur Beurteilung der Emesis herangezogen werden. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert, beginnend ab einer Dosis von 0,5 mg/kg KGW Nausea und Vomitus. Eine statistische Signifikanz ist allerdings erst ab 1,0 mg/kg und ein maximaler emetischer Effekt bei einer Dosis von 2 mg/kg (ED100) zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen applizierter Lycorin-Dosis und Nausea-Score sowie der Anzahl der Brechakte. Lycorin-induzierte Nausea und Emesis sind in den vorliegenden Untersuchungen selbstlimitierend und dauern maximal 2,5 Stunden an. Lycorin weist in den untersuchten Dosierungen von 0,25 mg/kg bis 2,0 mg/kg eine lineare Plasmakinetik auf. Nach subkutaner Gabe werden maximale Plasmakonzentrationen (Cmax) nach 0,5 h gemessen, die mittlere Plasma-Halbwertszeit beträgt 0,67 h nach subkutaner, respektive 0,51 h nach intravenöser Applikation. Die errechnete orale Bioverfügbarkeit beträgt ca. 40 %. Das Auftreten von Nausea und Emesis, sowie deren Verlauf decken sich weitestgehend mit dem Verlauf der Lycorinkonzentration im Plasma. In keiner der untersuchten Dosisstufen sind blutchemische oder hämatologische Abweichungen aufgetreten. Um Rückschlüsse auf die Zielstrukturen von Lycorin und somit auf den emetischen Wirkungsmechanismus der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea zu gewinnen, wurden die Hunde jeweils mit Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron oder Scopolamin vorbehandelt. Diese therapeutisch etablierten Antiemetika besitzen eine selektive Rezeptoraffinität und entfalten ihre antiemetische Wirkung über einen Antagonismus an histaminergen H1- (Diphenhydramin), dopaminergen D2- (Metoclopramid), muskarinergen M1-3- (Scopolamin), serotoninergen 5-HT3- (Ondansetron) oder Neurokinin-1-Rezeptoren (NK1) (Maropitant). Durch die Bindung des jeweiligen Antiemetikums an die spezifischen Rezeptoren, soll die anschließende Bindung von Lycorin an den gleichen Rezeptoren verhindert oder reduziert werden, was sich in einer Reduktion oder Abwesenheit von Nausea und Emesis auswirkt. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist mit einer signifikanten Verminderung der Anzahl der Brechakte verbunden und durch die Vorbehandlung mit Maropitant kann Lycorin-induzierte Emesis komplett verhindert werden. Einzig Ondansetron reduziert darüber hinaus den Ausprägungsgrad der Nausea und verlängert die Latenzzeit bis zum Auftreten von Vomitus, was eine Beteiligung von 5-HT3 Rezeptoren bei lycorin-induzierter Nausea nahe legt. Histaminerge (H1), dopaminerge (D2) und muskarinerge (M1-3) Rezeptoren sind vermutlich nicht an Lycorin-induzierter Nausea und Emesis beteiligt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Lycorin bei Vergiftungen mit Pflanzen oder Pflanzenteilen, die zu den Amaryllidaceae gehören, eine entscheidende Bedeutung für die klinische Symptomatik und den Verlauf von Intoxikationen hat. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind eine prädominierende Beteiligung von NK1- und eine etwas geringer ausgeprägte Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren im emetischen Wirkmechanismus wahrscheinlich. Somit erscheint die therapeutische Anwendung von Maropitant beim Hund (und evtl. Apreptitant beim Menschen) und/oder Ondansetron zur symptomatischen Behandlung anhaltender Nausea und Emesis bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidacaen bei denen die Wirkung von Lycorin dominiert, wissenschaftlich begründet und klinisch von Vorteil gegenüber anderen antiemetischen Prinzipien zu sein.

Ziel dieser Arbeit war die elektrophysiologische Charakterisierung des vor kurzem erstmals von NIESLER et al. (2003) klonierten humanen 5-HT3A+E-Rezeptors. Da dieser Rezeptor-Subtyp ausschließlich im Gastrointestinaltrakt exprimiert wird, ist ein Einfluss auf Nausea und Emesis sehr wahrscheinlich. Es stellt sich demnach die Frage, ob funktionelle Unterschiede zum homomeren 5-HT3A-Rezeptor und zum heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor bestehen, und ob auf molekularer Ebene unterschiedliche Wirkungen emetogener bzw. antiemetischer Pharmaka festzustellen sind. Um die Wirkmechanismen und die Interaktionen eines Pharmakons mit den 5-HT3-Rezeptor-Subtypen beurteilen zu können, erfordert dies genaue Kenntnisse über das biophysikalische Verhalten und die pharmakologische Sensitivität der 5-HT3-Rezeptor-Untereinheiten. Die Experimente erfolgten in-vitro an heterolog in HEK293-Zellen exprimierten Rezeptoren, wobei alleinig die 5-HT3A-Untereinheit in der Lage ist, funktionelle homopentamere Rezeptoren auszubilden. Die 5-HT3E- und 5-HT3B-Untereinheiten können nur zusammen mit der 5-HT3A-Untereinheit an die Zelloberfläche exprimiert werden und funktionelle heteropentamere Rezeptoren bilden. Im Verlauf der Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass bei der Transfektion die 5-HT3E- und die 5-HT3B-Untereinheiten im Verhältnis zur 5-HT3A-Untereinheit signifikant schwächer exprimiert werden. Mittels der experimentellen Methode der Patch-Clamp Technik im „excised-patch“ („outside-out“)- und im Ganzzell-Modus war es möglich, die biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors im Vergleich mit dem homomeren 5-HT3A-Rezeptor und dem heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor zu analysieren. Bei den Experimenten zur Grundcharakterisierung des humanen 5-HT3A+E-Rezeptor-Subtyps zeigte die Agonisten-Konzentrations-Wirkungskurve mit einem Hill-Koeffizienten von 1,0 einen deutlichen flacheren Verlauf als die Kurve des 5-HT3A-Rezeptor-Subtyps, die einen Hill-Koeffizienten von 1,5 aufwies. Dies spricht für eine geringe Agonisten-Bindungskooperativität des 5-HT3A+E-Rezeptors. Kein Unterschied zeigte sich allerdings in der Affinität zu 5-HT, da die EC50-Werte von beiden Rezeptor-Subtypen im Bereich von ca. 7 µM lagen. Aus dem biphasischen Verlauf der Kurve konnte der Rückschluss gezogen werden, dass bei der Transfektion des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors der homomere 5-HT3A-Rezeptor parallel exprimiert wird. Dasselbe Verhalten wurde auch schon für den heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor beschrieben (WALSTAB et al. 2008). Bei der Charakterisierung eines heteromeren Rezeptor-Subtyps ergibt sich dadurch die Schwierigkeit, dessen Eigenschaften nicht eindeutig von denen des homomeren Rezeptors unterscheiden zu können. Des Weiteren konnte im Vergleich zum homomeren 5-HT3A-Rezeptor eine schnellere Desensibilisierungszeitkonstante des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors nachgewiesen werden. Insgesamt deuten die beschriebenen Ergebnisse auf eine erhöhte Sensitivität des Rezeptors für Serotonin hin. Da der 5-HT3A+E-Rezeptor ausschließlich im Gastrointestinaltrakt exprimiert wird, könnte dies ein Hinweis auf eine Beteiligung dieses Rezeptors bei der Vermittlung von Emesis sein. Bei der pharmakologischen Charakterisierung wurden der partielle 5-HT3-Rezeptoragonist Tryptamin, der volle 5-HT3-Rezeptorantagonisten Tropisetron sowie die partiellen 5-HT3-Rezeptorantagonisten Metoclopramid, Tubocurarin, Mirtazapin und der Cannabinoid-Rezeptoragonist Anandamid, welcher eine emetogene Wirkung aufweist, untersucht. Auffällig war ein deutlich flacherer Verlauf der Konzentrations-Wirkungskurve von Metoclopramid (5-HT3A+E-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -0,8; 5-HT3A-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -1,2) und von Mirtazapin (5-HT3A+E-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -0,9; 5-HT3A-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -1,3) am heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptor. Des Weiteren konnte für Mirtazapin am 5-HT3A+E-Rezeptor ein IC50-Wert von 8,4 nM im Vergleich zu 25,4 nM am 5-HT3A-Rezeptor festgestellt werden. Diese deutlich höhere Potenz von Mirtazapin am untersuchten heteromeren Rezeptor-Subtyp sowie die geringere Bindungskooperativität von Mirtazapin und Metoclopramid am 5-HT3A+E-Rezeptor, stellen einen interessanten Ansatz für eine effektive Pharmakotherapie gastrointestinaler Erkrankungen dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen erstmalig auf molekularer Ebene, die elektrophysiologischen Eigenschaften der humanen 5-HT3A+E-Rezeptoren sowie deren Beeinflussung durch emetogenen und antiemetische Pharmaka. Aufgrund der schwachen Expression der 5-HT3E-Untereinheit gilt es in Zukunft durch einen alternativen Weg der Transfektion, die Effizienz der Ausbeute von 5-HT3A+E-Rezeptoren zu erhöhen. / The aim of this doctor thesis was the electrophysiological characterization of the human 5-HT3A+E receptor which was recently cloned for the first time by NIESLER et al. (2003). Since the expression of this receptor subtype takes place exclusively in gastrointestinal tract, an influence on nausea and emesis is very likely. The question is if functional differences exist between homomeric 5-HT3A receptors and heteromeric 5-HT3A+B receptors, and whether different effects from emetic and antiemetic drugs can be detected at the molecular level. To assess the mechanisms and the interactions of a drug with the 5-HT3 receptor subtypes, knowledge of the biophysical characteristics and the pharmacological sensitivity of the 5-HT3 receptor subunit is required. The experiments were developed in-vitro on heterologous expressed receptors in HEK293-cells, whereat only the 5-HT3A subunit is able to form functional homopentameric receptors. The 5-HT3E and the 5-HT3B subunit can only be expressed on the cell surface and build functional heteropentameric receptors in combination with the 5-HT3A subunit. In the course of the investigations it became obvious that during transfection the 5-HT3E subunit and the 5-HT3B subunit are significantly lesser expressed than the 5-HT3A subunit. Using the patch-clamp technique in the excised-patch (outside-out) and whole-cell configuration it was possible to analyse the pharmacological and biophysical properties of the heteromeric 5-HT3A+E receptor compared with the homomeric 5-HT3A-receptor and the heteromeric 5-HT3A+B receptor. During the characterisation of the human 5-HT3A+E receptor subtype, the agonist concentration-response curve with the hillslope of 1,0 showed a significant flatter course than the graph of the 5-HT3A receptor subtype with a hillslope of 1,5. This indicates a diminished agonist binding-cooperativeness of the 5-HT3A+E receptor. No difference could be detected in the affinity to 5-HT, since the EC50 values of both receptor-subtypes were at the range of 7 µM. The biphasic course of the graph showed that by transfection of the heteromeric 5-HT3A+E receptor the homomeric 5-HT3A-receptor is expressed parallel. The same properties were described also for the 5-HT3A+B receptor (WALSTAB et al. 2008). Therefore it is difficult to distinguish the properties of a homomeric receptor by characterisation of a heteromeric receptor subtype. Furthermore, a faster desensitization of the heteromeric 5-HT3A+E-receptor could be demonstrated in comparison to homomeric 5-HT3A-receptor. Overall, the results described above indicate an increased sensitivity to the receptor for serotonin. As the 5-HT3A+E receptor is expressed exclusively in the gastro-intestinal tract, this could be an indication of involvement of this receptor in the mediation of emesis. During the pharmacological characterisation the partial 5-HT3 receptor agonist tryptamine, the full 5-HT3 receptor antagonist tropisetron as well as the partial 5-HT3 receptor antagonists metoclopramide, tubocurarin, mirtazapin and the cannabinoid receptor agonist anandamide, which has an emetic effect, were examined. The agonist concentration-response curve of metoclopramide (5-HT3A+E receptor: hillslope = -0,8; 5-HT3A receptor: hillslope = -1,2) and of mirtazapin (5-HT3A+E receptor: hillslope = -0,9; 5-HT3A receptor: hillslope = -1,3) showed a significant flatter course at the 5-HT3A+E receptor. Mirtazapin has an IC50 value of 8,4 nM at the 5-HT3A+E receptor in comparison to 25,4 nM at the 5-HT3A receptor. This significant higher potency of mirtazapin at the heteromeric 5-HT3 receptor subtype and the decreased binding-cooperativeness of mirtazapin and meteclopramide at the 5-HT3A+E receptor represent interesting approaches for an effective pharmacotherapy for gastrointestinal diseases. For the first time the results of this thesis showed the electrophysiological properties of the human 5-HT3A+E receptors and their interference by emetic and antiemetic drugs on the molecular level. Due to the decreased expression of 5-HT3E subunit, the goal for the future is to find an alternative way of transfection which increases the rate of yield for the 5-HT3A+E receptors.

Lycorin gilt bei vielen Amaryllidaceae als Hauptalkaloid und die Aufnahme dieser Pflanzen ist eine häufige Vergiftungsursache bei Mensch und Tier. Als Hauptsymptome infolge dieser Pflanzenvergiftungen werden Nausea und Emesis genannt, aber systematische Untersuchungen zu diesen biologischen Effekten, zum Wirkmechanismus und zur Pharmakokinetik von Lycorin, das als auslösendes Agens angenommen wird, existieren bislang nicht. In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen verabreichter Lycorin-dosis und Lycorin-induzierter Nausea und Emesis, die Beeinflussbarkeit dieser emetischen Effekte durch etablierte Antiemetika und die Pharmakokinetik von Lycorin in einem cross-over und vehikel-kontrollierten Design in vivo untersucht. Die Studie wurde an elf Beagle-Hunden beider Geschlechter durchgeführt. Die Lycorin-induzierten emetischen Effekte wurden quantifiziert und über Videoaufzeichnungen zeitnah dokumentiert. Nausea wird hierbei mittels eines Scoring-Systems quantifiziert, während die Parameter Latenzzeit, Dauer und Anzahl der Brechakte zur Beurteilung der Emesis herangezogen werden. Die subkutane Applikation von Lycorin induziert, beginnend ab einer Dosis von 0,5 mg/kg KGW Nausea und Vomitus. Eine statistische Signifikanz ist allerdings erst ab 1,0 mg/kg und ein maximaler emetischer Effekt bei einer Dosis von 2 mg/kg (ED100) zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen applizierter Lycorin-Dosis und Nausea-Score sowie der Anzahl der Brechakte. Lycorin-induzierte Nausea und Emesis sind in den vorliegenden Untersuchungen selbstlimitierend und dauern maximal 2,5 Stunden an. Lycorin weist in den untersuchten Dosierungen von 0,25 mg/kg bis 2,0 mg/kg eine lineare Plasmakinetik auf. Nach subkutaner Gabe werden maximale Plasmakonzentrationen (Cmax) nach 0,5 h gemessen, die mittlere Plasma-Halbwertszeit beträgt 0,67 h nach subkutaner, respektive 0,51 h nach intravenöser Applikation. Die errechnete orale Bioverfügbarkeit beträgt ca. 40 %. Das Auftreten von Nausea und Emesis, sowie deren Verlauf decken sich weitestgehend mit dem Verlauf der Lycorinkonzentration im Plasma. In keiner der untersuchten Dosisstufen sind blutchemische oder hämatologische Abweichungen aufgetreten. Um Rückschlüsse auf die Zielstrukturen von Lycorin und somit auf den emetischen Wirkungsmechanismus der Lycorin-induzierten Emesis und Nausea zu gewinnen, wurden die Hunde jeweils mit Diphenhydramin, Maropitant, Metoclopramid, Ondansetron oder Scopolamin vorbehandelt. Diese therapeutisch etablierten Antiemetika besitzen eine selektive Rezeptoraffinität und entfalten ihre antiemetische Wirkung über einen Antagonismus an histaminergen H1- (Diphenhydramin), dopaminergen D2- (Metoclopramid), muskarinergen M1-3- (Scopolamin), serotoninergen 5-HT3- (Ondansetron) oder Neurokinin-1-Rezeptoren (NK1) (Maropitant). Durch die Bindung des jeweiligen Antiemetikums an die spezifischen Rezeptoren, soll die anschließende Bindung von Lycorin an den gleichen Rezeptoren verhindert oder reduziert werden, was sich in einer Reduktion oder Abwesenheit von Nausea und Emesis auswirkt. Die Vorbehandlung mit Ondansetron ist mit einer signifikanten Verminderung der Anzahl der Brechakte verbunden und durch die Vorbehandlung mit Maropitant kann Lycorin-induzierte Emesis komplett verhindert werden. Einzig Ondansetron reduziert darüber hinaus den Ausprägungsgrad der Nausea und verlängert die Latenzzeit bis zum Auftreten von Vomitus, was eine Beteiligung von 5-HT3 Rezeptoren bei lycorin-induzierter Nausea nahe legt. Histaminerge (H1), dopaminerge (D2) und muskarinerge (M1-3) Rezeptoren sind vermutlich nicht an Lycorin-induzierter Nausea und Emesis beteiligt. Die Befunde der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Lycorin bei Vergiftungen mit Pflanzen oder Pflanzenteilen, die zu den Amaryllidaceae gehören, eine entscheidende Bedeutung für die klinische Symptomatik und den Verlauf von Intoxikationen hat. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind eine prädominierende Beteiligung von NK1- und eine etwas geringer ausgeprägte Beteiligung von 5-HT3-Rezeptoren im emetischen Wirkmechanismus wahrscheinlich. Somit erscheint die therapeutische Anwendung von Maropitant beim Hund (und evtl. Apreptitant beim Menschen) und/oder Ondansetron zur symptomatischen Behandlung anhaltender Nausea und Emesis bei Pflanzenvergiftungen mit Amaryllidacaen bei denen die Wirkung von Lycorin dominiert, wissenschaftlich begründet und klinisch von Vorteil gegenüber anderen antiemetischen Prinzipien zu sein.

Ziel dieser Arbeit war die elektrophysiologische Charakterisierung des vor kurzem erstmals von NIESLER et al. (2003) klonierten humanen 5-HT3A+E-Rezeptors. Da dieser Rezeptor-Subtyp ausschließlich im Gastrointestinaltrakt exprimiert wird, ist ein Einfluss auf Nausea und Emesis sehr wahrscheinlich. Es stellt sich demnach die Frage, ob funktionelle Unterschiede zum homomeren 5-HT3A-Rezeptor und zum heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor bestehen, und ob auf molekularer Ebene unterschiedliche Wirkungen emetogener bzw. antiemetischer Pharmaka festzustellen sind. Um die Wirkmechanismen und die Interaktionen eines Pharmakons mit den 5-HT3-Rezeptor-Subtypen beurteilen zu können, erfordert dies genaue Kenntnisse über das biophysikalische Verhalten und die pharmakologische Sensitivität der 5-HT3-Rezeptor-Untereinheiten. Die Experimente erfolgten in-vitro an heterolog in HEK293-Zellen exprimierten Rezeptoren, wobei alleinig die 5-HT3A-Untereinheit in der Lage ist, funktionelle homopentamere Rezeptoren auszubilden. Die 5-HT3E- und 5-HT3B-Untereinheiten können nur zusammen mit der 5-HT3A-Untereinheit an die Zelloberfläche exprimiert werden und funktionelle heteropentamere Rezeptoren bilden. Im Verlauf der Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass bei der Transfektion die 5-HT3E- und die 5-HT3B-Untereinheiten im Verhältnis zur 5-HT3A-Untereinheit signifikant schwächer exprimiert werden. Mittels der experimentellen Methode der Patch-Clamp Technik im „excised-patch“ („outside-out“)- und im Ganzzell-Modus war es möglich, die biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors im Vergleich mit dem homomeren 5-HT3A-Rezeptor und dem heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor zu analysieren. Bei den Experimenten zur Grundcharakterisierung des humanen 5-HT3A+E-Rezeptor-Subtyps zeigte die Agonisten-Konzentrations-Wirkungskurve mit einem Hill-Koeffizienten von 1,0 einen deutlichen flacheren Verlauf als die Kurve des 5-HT3A-Rezeptor-Subtyps, die einen Hill-Koeffizienten von 1,5 aufwies. Dies spricht für eine geringe Agonisten-Bindungskooperativität des 5-HT3A+E-Rezeptors. Kein Unterschied zeigte sich allerdings in der Affinität zu 5-HT, da die EC50-Werte von beiden Rezeptor-Subtypen im Bereich von ca. 7 µM lagen. Aus dem biphasischen Verlauf der Kurve konnte der Rückschluss gezogen werden, dass bei der Transfektion des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors der homomere 5-HT3A-Rezeptor parallel exprimiert wird. Dasselbe Verhalten wurde auch schon für den heteromeren 5-HT3A+B-Rezeptor beschrieben (WALSTAB et al. 2008). Bei der Charakterisierung eines heteromeren Rezeptor-Subtyps ergibt sich dadurch die Schwierigkeit, dessen Eigenschaften nicht eindeutig von denen des homomeren Rezeptors unterscheiden zu können. Des Weiteren konnte im Vergleich zum homomeren 5-HT3A-Rezeptor eine schnellere Desensibilisierungszeitkonstante des heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptors nachgewiesen werden. Insgesamt deuten die beschriebenen Ergebnisse auf eine erhöhte Sensitivität des Rezeptors für Serotonin hin. Da der 5-HT3A+E-Rezeptor ausschließlich im Gastrointestinaltrakt exprimiert wird, könnte dies ein Hinweis auf eine Beteiligung dieses Rezeptors bei der Vermittlung von Emesis sein. Bei der pharmakologischen Charakterisierung wurden der partielle 5-HT3-Rezeptoragonist Tryptamin, der volle 5-HT3-Rezeptorantagonisten Tropisetron sowie die partiellen 5-HT3-Rezeptorantagonisten Metoclopramid, Tubocurarin, Mirtazapin und der Cannabinoid-Rezeptoragonist Anandamid, welcher eine emetogene Wirkung aufweist, untersucht. Auffällig war ein deutlich flacherer Verlauf der Konzentrations-Wirkungskurve von Metoclopramid (5-HT3A+E-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -0,8; 5-HT3A-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -1,2) und von Mirtazapin (5-HT3A+E-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -0,9; 5-HT3A-Rezeptor: Hill-Koeffizient = -1,3) am heteromeren 5-HT3A+E-Rezeptor. Des Weiteren konnte für Mirtazapin am 5-HT3A+E-Rezeptor ein IC50-Wert von 8,4 nM im Vergleich zu 25,4 nM am 5-HT3A-Rezeptor festgestellt werden. Diese deutlich höhere Potenz von Mirtazapin am untersuchten heteromeren Rezeptor-Subtyp sowie die geringere Bindungskooperativität von Mirtazapin und Metoclopramid am 5-HT3A+E-Rezeptor, stellen einen interessanten Ansatz für eine effektive Pharmakotherapie gastrointestinaler Erkrankungen dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen erstmalig auf molekularer Ebene, die elektrophysiologischen Eigenschaften der humanen 5-HT3A+E-Rezeptoren sowie deren Beeinflussung durch emetogenen und antiemetische Pharmaka. Aufgrund der schwachen Expression der 5-HT3E-Untereinheit gilt es in Zukunft durch einen alternativen Weg der Transfektion, die Effizienz der Ausbeute von 5-HT3A+E-Rezeptoren zu erhöhen. / The aim of this doctor thesis was the electrophysiological characterization of the human 5-HT3A+E receptor which was recently cloned for the first time by NIESLER et al. (2003). Since the expression of this receptor subtype takes place exclusively in gastrointestinal tract, an influence on nausea and emesis is very likely. The question is if functional differences exist between homomeric 5-HT3A receptors and heteromeric 5-HT3A+B receptors, and whether different effects from emetic and antiemetic drugs can be detected at the molecular level. To assess the mechanisms and the interactions of a drug with the 5-HT3 receptor subtypes, knowledge of the biophysical characteristics and the pharmacological sensitivity of the 5-HT3 receptor subunit is required. The experiments were developed in-vitro on heterologous expressed receptors in HEK293-cells, whereat only the 5-HT3A subunit is able to form functional homopentameric receptors. The 5-HT3E and the 5-HT3B subunit can only be expressed on the cell surface and build functional heteropentameric receptors in combination with the 5-HT3A subunit. In the course of the investigations it became obvious that during transfection the 5-HT3E subunit and the 5-HT3B subunit are significantly lesser expressed than the 5-HT3A subunit. Using the patch-clamp technique in the excised-patch (outside-out) and whole-cell configuration it was possible to analyse the pharmacological and biophysical properties of the heteromeric 5-HT3A+E receptor compared with the homomeric 5-HT3A-receptor and the heteromeric 5-HT3A+B receptor. During the characterisation of the human 5-HT3A+E receptor subtype, the agonist concentration-response curve with the hillslope of 1,0 showed a significant flatter course than the graph of the 5-HT3A receptor subtype with a hillslope of 1,5. This indicates a diminished agonist binding-cooperativeness of the 5-HT3A+E receptor. No difference could be detected in the affinity to 5-HT, since the EC50 values of both receptor-subtypes were at the range of 7 µM. The biphasic course of the graph showed that by transfection of the heteromeric 5-HT3A+E receptor the homomeric 5-HT3A-receptor is expressed parallel. The same properties were described also for the 5-HT3A+B receptor (WALSTAB et al. 2008). Therefore it is difficult to distinguish the properties of a homomeric receptor by characterisation of a heteromeric receptor subtype. Furthermore, a faster desensitization of the heteromeric 5-HT3A+E-receptor could be demonstrated in comparison to homomeric 5-HT3A-receptor. Overall, the results described above indicate an increased sensitivity to the receptor for serotonin. As the 5-HT3A+E receptor is expressed exclusively in the gastro-intestinal tract, this could be an indication of involvement of this receptor in the mediation of emesis. During the pharmacological characterisation the partial 5-HT3 receptor agonist tryptamine, the full 5-HT3 receptor antagonist tropisetron as well as the partial 5-HT3 receptor antagonists metoclopramide, tubocurarin, mirtazapin and the cannabinoid receptor agonist anandamide, which has an emetic effect, were examined. The agonist concentration-response curve of metoclopramide (5-HT3A+E receptor: hillslope = -0,8; 5-HT3A receptor: hillslope = -1,2) and of mirtazapin (5-HT3A+E receptor: hillslope = -0,9; 5-HT3A receptor: hillslope = -1,3) showed a significant flatter course at the 5-HT3A+E receptor. Mirtazapin has an IC50 value of 8,4 nM at the 5-HT3A+E receptor in comparison to 25,4 nM at the 5-HT3A receptor. This significant higher potency of mirtazapin at the heteromeric 5-HT3 receptor subtype and the decreased binding-cooperativeness of mirtazapin and meteclopramide at the 5-HT3A+E receptor represent interesting approaches for an effective pharmacotherapy for gastrointestinal diseases. For the first time the results of this thesis showed the electrophysiological properties of the human 5-HT3A+E receptors and their interference by emetic and antiemetic drugs on the molecular level. Due to the decreased expression of 5-HT3E subunit, the goal for the future is to find an alternative way of transfection which increases the rate of yield for the 5-HT3A+E receptors.

An evaluation of a series of interventions was conducted for an individual who engaged in life-threatening rumination and emesis. There is substantial research indicating that the delivery of peanut butter (Barton & Barton, 1985; Greene, Johnston, Rossi, Racal, Winston, & Barron, 1991) and/or chopped bread following meals (Thibadeau, Blew, Reedy, & Luiselli, 1999), chewing gum (Rhine & Tarbox, 2009), and satiation procedures (Dudley, Johnston, & Barnes, 2002; Lyons, Rue, Luiselli, & DiGennario, 2007; Rast, Johnston, Drum, & Conrin, 1981) can be effective treatments for rumination. In the current case, each of these interventions was found to be either ineffective or contraindicated based on the participant's fragile health status. Previous literature has shown that liquid delivery can affect rates of rumination in some clients (Barton & Barton, 1985,; Heering, Wilder, & Ladd, 2003). We examined how liquid affected the rate of rumination during and after meals. Based on the individual's medical condition, oral nutrition and fluids were discontinued indefinitely and a gastronomy-jejunostomy tube was used for nutrition. All rumination ceased when fluids and nutrition were delivered via the jejunostomy tube. Finally, a fluid analysis procedure was implemented in which the participant received small amounts of fluid while NPO. Color and flavor were manipulated systematically, and results suggested that flavor impacted the rate of rumination.

Published in Supportive Care in Cancer 2014;22(8):2161-6. DOI:10.1007/s00520-014-2182-7 / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(社会健康医学) / 甲第18548号 / 社医博第59号 / 新制||社医||8(附属図書館) / 31448 / 京都大学大学院医学研究科社会健康医学系専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 佐藤 俊哉, 教授 千葉 勉 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Public Health / Kyoto University / DFAM

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