Rolle der Serin/Threonin-Proteinphosphatasen bei der Regulation der L-Arginin-abhängigen Stoffwechselwege in Alveolarmakrophagen

Abstract

Änderungen der Arginin-Homöostase in der Säugetierzelle werden kausal mit verschiedenen Pathologien insbesondere des Respirationstraktes assoziiert. Dabei besteht eine enge funktionelle Verknüpfung zwischen den zwei Schlüsselenzymen dieses Stoffwechselwegs, der induzierbaren Form der Stickstoffmonoxid-Synthase, iNOS, und den Arginasen-Isoenzymen I und II, durch das gemeinsame Substrat L-Arginin im Sinne einer Konkurrenzsituation mit wesentlichen quantitativen Auswirkungen auf ihre Metabolisierungsprodukte.<br /> Im Rahmen unserer Versuchsreihe beabsichtigten wir, die vorgeschalteten Prozesse solcher quantitativen Endproduktveränderungen sowohl auf der funktionellen Ebene der Enzymaktivität, mit dem Interessenschwerpunkt auf den weniger untersuchten Arginasen liegend, als auch auf Ebene der Gen- bzw. Proteinexpression unter dem Aspekt der reversiblen Proteinphosphorylierung bzw. Dephosphorylierung als Regulationsmechanismus zu rekonstruieren. Somit wurde zunächst die Basalexpression der vier wesentlichen intrazellulären Phosphatasen, der Phosphatase-1-Isoenzyme sowie der Phosphatase 2, in Alveolarmakrophagen am Modell der Ratte untersucht, um dann ihre funktionelle Bedeutung auf die iNOS und die Arginasen im Allgemeinen und unter dem Einfluss pharmakologischer Stimuli zu ermitteln.<br /> Zusammenfassend zeigte sich eine konstitutive Expression der Arginasen I und II sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinexpressionsebene sowie eine basale Enzymaktivität, während iNOS unter Normalbedingungen nicht oder nur geringfügig exprimiert wird. Ihre Regulation wird durch die konstitutiv exprimierten intrazellulären Phosphatase 1-Isoenzyme und Phosphatase 2 direkt beeinflusst; dabei handelt es sich um eine Leistung der Zelle auf Expressionsebene mit Protein-Neusynthese. LPS als bakterielles Lipopolysaccharid mit immunogenen Eigenschaften vermag ebenfalls als effektiver Ko-Induktor der iNOS, Arginase I und II zu vornehmlich über die Hochregulation ihrer Gen-Expression zu fungieren mit konsekutiver vermehrter mRNA- und Protein-Neusynthese. Im Gegensatz dazu werden die Serin/Threonin-Proteinphosphatase 1-Isoenzyme sowie PP 2 zwar konstitutiv exprimiert, deren Expressionsmuster wird aber durch bakterielle LPS nicht beeinflusst. Ihre Regulation scheint vordergründig über allosterische und/oder kovalente Modifikationsmechanismen geschehen.<br /> Wenn die Phosphatase 1-Isoenzyme und PP 2 tatsächlich an der Regulation der Arginasen sowie der basal geringen iNOS-Expression beteiligt sind, und man im Falle chronisch entzündlicher Prozesse von einem pathologisch veränderten Basalniveau der Expression und Aktivität der involvierten Enzyme ausgeht, so stellen die Phosphatasen mittel- unmittelbar ein wichtiges experimentelles und evtl. pharmakologisches Manipulationsziel dar.