Mononuclear Cell Membranes: Stabilization by Reproterol and Cromoglycate, Destabilization by Fenoterol and Salbutamol

Summary

Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy with spin labels 5- and 16-doxyl-stearic acid (DSA) was used to differentiate between actions of ß-agonists on human mononuclear cell membrane. Reproterol (CAS 13055-82-8), salbutamol (CAS 51022-70-9) and fenoterol (CAS 1944-12-3) compared to cromoglycate (CAS 15826-37-6) were used at concentrations of 10-100 nmol/l per 10⁷ cells. With reproterol, order and polarity was not much changed, whereas salbutamol and fenoterol significantly destabilized the membrane to similar extent. Cromoglycate acted in a stabilizing fashion. With trypan blue exclusion, reproterol and cromoglycate showed stable values, whereas salbutamol and fenoterol augmented permeability. Thus, by conventional lipid spin labeling the discrimination between salbutamol and fenoterol could not be carried out. In contrast, previous lipid peroxidation studies in a model system had revealed a decrease by reproterol, no change by salbutamol and an increase by fenoterol. Also, using fenoterol, protein spin label 4-maleimido-TEMPO (2, 2, 6, 6-tetramethyl-1-piperidinyloxy) showed an increase of membrane rigidity of mononuclear cells. Moreover, mast cells of different origin were previously found to bring about more differentiation between ß-agonists. Reproterol in all tests behaved in a therapeutically profitable way. In conclusion, in addition to lipid spin labeling other methods and materials should be considered, to finally arrive at a more realistic differentiation between, for instance, salbutamol and fenoterol. The term “membrane (de) stabilization” should not generally be used without careful consideration of the type of cell/membrane in question.

Zusammenfassung

Membranen von mononukleären Zellen: Stabilisierung durch Reproterol und Cromoglykat, Destabilisierung durch Fenoterol und Salbutamol

Elektronen-paramagnetische-Resonanz- (EPR) -Spektroskopie mit Spin Label 5- und 16-Doxyl-Stearat (DSA) wurde benutzt, um die Aktivitäten von ß-Agonisten in Membranen von humanen mononukleären Zellen zu untersuchen. Reproterol (CAS 13055-82-8), Salbutamol (CAS 51022-70-9) und Fenoterol (CAS 1944-12-3) wurden mit Dinatrium-Cromoglykat (DNCG) (CAS 15826-37-6) bei einer Konzentration zwischen 10-100 nmol/l pro 10⁷ Zellen verglichen. Unter Reproterol veränderten sich die Ordnung und die Polarität kaum, während Salbutamol und Fenoterol im gleichen Ausmaß die Membranen signifikant destabilisierten. Unter Trypanblau-Permeabilitätsprüfung zeigten Reproterol und DNCG stabile Werte, während Salbutamol und Fenoterol die Permeabilität steigerten. Mit konventionellem Lipid-Spin-Labeling konnte keine Unterscheidung zwischen Salbutamol und Fenoterol getroffen werden. Im Gegensatz dazu konnte in früheren Lipid-Peroxidationsstudien in einem Modellsystem gezeigt werden, daß unter Reproterol ein Abfall, keine Veränderungen unter Salbutamol und ein Anstieg unter Fenoterol stattfand. Auch das Protein-Spin-Label 4-Maleimido-TEMPO (2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy) zeigte unter Fenoterol einen Anstieg der Membranrigidität der mononukleären Zellen. Darüber hinaus konnte an Mastzellen unterschiedlicher Herkunft eine größere Differenzierung zwischen den ß-Agonisten gefunden werden. Reproterol verhielt sich in allen Untersuchungen als therapeutisch vorteilhaft. Zusammenfassend sollten zusätzlich zu Lipid-Spin-Labeling andere Methoden und Materialien vergleichend betrachtet werden, um schließlich zu einer realistischeren Differenzierung zwischen z. B. Salbutamol und Fenoterol zu kommen. Der Begriff „Membran-(de)-Stabilisierung“ sollte nicht ohne sorgfältige Berücksichtigung der unterschiedlichen Zell- und Membrantypen benutzt werden.

Key words

Antiasthmatic drugs - CAS 1944-12-3 - CAS 13055-82-8 - CAS 15826-37-6 - CAS 51022-70-9 - Cromoglycate - Electron paramagnetic resonance spin-labeling - Fenoterol - Mononuclear cell membrane stabilization and destabilization - Reproterol - Salbutamol