Untersuchungen zur Expression der murinen Carnosin-Synthase und Etablierung einer Methode zur nicht-radioaktiven Enzymaktivitätsbestimmung

Abstract

Das Dipeptid Carnosin (β-Alanyl-L-histidin) war das erste Peptid, das aus tierischem Gewebe isoliert wurde. Es kommt vor allem in Säugetieren in hohen Konzentrationen im Skelettmuskel und der Riechbahn vor. Bis heute ist seine physiologische Funktion unklar, wobei schon viele verschiedene Aufgaben postuliert wurden. Im Gegensatz zu den meisten anderen tierischen Peptiden wird Carnosin nicht ribosomal synthetisiert, sondern wird durch die Carnosin-Synthase in einem ATP-abhängigen Prozess aus β-Alanin und L-Histidin gebildet und kann durch die Carnosinase gespalten werden.<br /> Die murine Carnosin-Synthase sollte in der vorliegenden Arbeit weiter charakterisiert werden. Dazu wurde die Expression des Enzyms im Gewebe erstmals sowohl auf Transkriptebene als auch auf Proteinebene untersucht. Es zeigte sich, dass die Carnosin-Synthase-mRNA, sowie zwei weitere vorhergesagte Transkriptvarianten und eine lange nicht-kodierende RNA (lncRNA) gewebespezifisch exprimiert sind. Die normale Transkriptvariante und die Transkriptvariante X1 sind mit Abstand am stärksten im Riechepithel exprimiert, während die Transkriptvariante X2 und die lncRNA besonders im Skelettmuskel und Herz auftreten. Darüber hinaus weisen die verschiedenen Analysen darauf hin, dass die Carnosin-Synthase in Rezeptorneuronen des Riechepithels exprimiert und axonal ins Riechhirn transportiert wird. Eine Diskrepanz zwischen der Enzymmenge und der Carnosin-Konzentration im Gewebe legt nahe, dass im Gegensatz zum Skelettmuskel im Nervengewebe ein sehr hoher Umsatz an Carnosin stattfindet. Dies lässt vermuten, dass Carnosin oder βAlanin dort als Neurotransmitter oder Neuromodulator fungieren. Im Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Konzentration der Carnosin-Synthase im Riechhirn und die Carnosin-Konzentration im Skelettmuskel und Riechhirn von neugeborenen Mäusen nicht bzw. kaum detektierbar ist und in den ersten Monaten zunimmt. Im Riechhirn bleibt die Carnosin-Konzentration danach relativ stabil, während sie im Skelettmuskel im höheren Alter wieder abnimmt. <br /> Um die enzymatische Reaktion der murinen Carnosin-Synthase näher zu untersuchen, wurde diese rekombinant in größeren Mengen exprimiert und eine nicht-radioaktive Methode zur Enzymaktivitätsbestimmung etabliert. Mit dieser war es möglich, Untersuchungen zur Enzymaktivität (Km-Wert-Bestimmung für βAlanin (161,30 ± 30,67 µM), L-Histidin (32,31 ± 6,49 µM) und ATP (164,60 ± 31,43 µM)) und Substratspezifität der Carnosin-Synthase durchzuführen. Diese Methode würde sich auch für die Suche nach einem spezifischen Inhibitor der Carnosin-Synthase eignen. Da eine Carnosinase-Defizienz zu neurologischen Symptomen führt, könnte ein mögliches Anwendungsgebiet für einen solchen Inhibitor eine Substratreduktionstherapie sein.