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1.  EINLEITUNG

1.1. Die Struktur der LDL Rezeptor Gen Familie

Die low density lipoprotein (LDL) Rezeptor (LDL R) Gen Familie besteht aus einer Gruppe hoch konservierter Zelloberflächenrezeptoren, die außer in Säugetieren und Vögeln auch in niederen Organismen wie Caenorhabditis elegans oder Drosophila melanogaster gefunden werden (besprochen von Willnow, 1999).

In Säugetieren wurden bisher neun Vertreter der LDL R Gen Familie beschrieben: der LDL R, der α2-Makroglobulin Rezeptor/low density lipoprotein receptor-related protein, hier kurz LRP genannt, LRP 1 B, der very low density lipoprotein (VLDL) Rezeptor (VLDL R), gp 330/Megalin, hier nur Megalin genannt, der Apolipoprotein E Rezeptor II (Apo E R II) und erst kürzlich das multible EGF (epidermal growth factor)-repeat-containing protein 7 (MEGF 7), sowie LRP 7 (LR 3)/LRP 5, hier LRP 5 genannt und LRP 6.

Aufgrund der bekannten Rolle des LDL R im Cholesterin Metabolismus (Brown and Goldstein, 1986) wurde von den restlichen Familienmitgliedern lange Zeit angenommen, dass auch sie für die Bindung und Aufnahme von Lipoproteinen verantwortlich wären. Heute weiß man, dass diese Rezeptoren in einer ganze Reihe von zellulären Prozessen eine wichtige Rolle spielen. Sie agieren unter anderem als Signalüberträger bei der Migration von Neuronen (Trommsdorff et al., 1999) oder kontrollieren die Vitamin D3- und Vitamin A-Homeostase (Nykjaer et al, 1999, Christensen et al., 1999 a und b).

Bisher sind zahlreiche Liganden für LRP, VLDL R und Megalin beschrieben worden, darunter Lipasen, Lipoproteine, Protease-Inhibitoren und Vitamine (Willnow et al., 1992, Christensen et al., 1999, Nykjaer et al., 1994). Des weiteren haben Knockout Maus Modelle gezeigt, dass die Rezeptoren der LDL R Gen Familie lebenswichtige Funktionen einnehmen. Megalin defiziente Tiere entwickeln z. B. schwere Missbildungen des Vorderhirns (Willnow et al., 1996a). Bei VLDL R/Apo E R II Doppelknockout Mäusen kommt es zu keiner zielgerichteten Wanderung der Neuronen, das Cerebellum ist verkleinert und wenig gefurcht, die Schichtung im Cortex umgekehrt (Trommsdorff et al., 1999).


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Abb. 1.1. Die LDL R Gen Familie

Mitglieder der low density lipoprotein receptor (LDL R) Gen Familie zeichnen sich durch strukturelle Gemeinsamkeiten aus. Außer sogenannten complement-type repeats als Ligandenbindungsdomänen, besitzen die Rezeptoren nur eine einzelne Transmembrandomäne und für die pH-Wert abhängige Ablösung der Liganden vom Rezeptor sogenannte epidermale Wachstumsfaktor Vorläufereinheiten (epidermal growth factor (EGF) precursor homology domains). Die NPxY-Motive im zytoplasmatischen Teil der Rezeptoren steht für die Aminosäuresequenz Asp-Pro-x-Tyr, welche eine Bündelung der Rezeptoren in clathrin-ausgekleideten Einsenkungen der Zelle (coated pits) vermittelt. Die O-glykosidischen Zuckerdomänen sind nicht bei allen Rezeptoren vorhanden. Als Funktion wird postuliert, dass sie als Abstandhalter die hydrophilen Anteile der Liganden von der hydrophoben Plasmadoppelmembran fernhalten. Abkürzungen: VLDL→very low density lipoprotein; Apo E→Apolipoprotein E; LRP→LDL R related protein, MEGF 7→multible EGF-repeat-containing protein7.

Abbildung 1.1. zeigt vier Strukturmerkmale, die den Mitgliedern der LDL R Gen Familie gemeinsam sind und die ich an dieser Stelle kurz erläutern möchte.

Die cysteinreichenLigandenbindungsdomänen, auch complement-type repeats (CR) genannt, erhielten ihren Namen, da sie ursprünglich in Faktoren des [Seite 12↓]Komplementsystems beschrieben worden sind (Marazziti et al., 1988). Sie sind notwendig, um Liganden zu binden. Sechs Cysteinreste bilden drei Disulfidbrücken nach dem Muster C1-C3, C2-C5, C4-C6 aus (Bieri et al., 1995 a und b, Daly et al., 1995 a und b, Fass et al., 1997), zu deren korrekter Ausbildung der Disulfidbrücken Ca2+ nötig ist (Atkins et al., 1998). In Abwesenheit von Kalzium kommt es nicht zur Bindung von Liganden (Atkins et al., 1998, Bieri et al, 1998, Dolmer et al., 1998, North and Blacklow, 1999, 2000).

Ligandenbindungsdomänen weisen zwei durch eine α-Helix getrennte Schleifenstrukturen auf, deren erste zwei β-Faltblätter enthält, während die zweite die Bindungsstelle für Kalzium darstellt.

Ein weiteres gemeinsames Strukturmerkmal sind die epidermalen Wachstumsfaktor-Vorläufereinheiten (epidermal growth factor (EGF)-like precursor repeats), die sowohl für die Bindung von Liganden notwendig sind, als auch für eine vom pH-Wert abhängige Ablösung der gebundenen Liganden vom Rezeptor in den Endosomen (Davis et al., 1987). Rekombinante LDL R Varianten, ohne epidermalen Wachstumsfaktor-Vorläufereinheiten können Liganden in die Zelle aufnehmen, dissoziieren jedoch nicht in den Endosomen vom Liganden (Davis et al., 1987, Van der Westhuyzen zeigte 1991). Eine epidermale Wachstumsfaktor-Vorläufereinheit setzt sich aus drei EGF-artigen Einheiten zusammen, wobei eine YWTD (Tyr-Trp-Thr-Asp) - wiederholende Region die ersten beiden von der dritten Einheit abtrennt. Jede EGF-artige Einheit besitzt sechs konservierte Cysteine, die drei Disulfidbrücken (C1-C3, C2-C4, C5-C6) ausbilden (Campbell, et al., 1993). Die mittlere EGF-artige Einheit besitzt ein Kalziumbindungsmotiv (Rees et al., 1988, Handfort at al., 1991). Die zwischen der zweiten und dritten EGF-artigen Einheit liegende YWTD-wiederholende Region, formt einen sechsblättrigen β-Propeller (Springer, 1998), dessen Funktion bisher unbekannt ist. Familiäre Hypercholesterinämie (FH), die sich durch reduzierte Lipoproteinaufnahme auszeichnet, wird jedoch genauso häufig auf Mutationen im Bereich der YWTD - wiederholenden Region wie im Bereich der CR zurückgeführt (Hobbs et al, 1992, Hobbs et al, 1990, Soutar, 1992).

Lediglich LDL R, VLDL R und Apo E R II besitzen eine O-glykosidische Zuckerdomäne, die der Transmembrandomäne im extrazellulären Bereich folgt. [Seite 13↓]Es wird angenommen, dass aufgrund der umfangreichen Glykosilierung in diesem Bereich (Davis et al., 1986, Iijima et al., 1998) erreicht wird, den Rezeptor fern von der Zelloberfläche zu halten (Jentoft, 1990).

Jedoch allen Rezeptoren ist eine Transmembrandomäne gemein. Zudem besitzen außer LRP5 und LRP6 alle Rezeptoren einen zytoplasmatischer Teil, der mindestens ein NPxY-Motiv enthält, das zur Sammlung der Rezeptoren an clathrinbedeckten, zellulären Einsenkungen (coated pits) vonnöten ist (Chen et al., 1990, Bansal und Gierasch, 1991). LRP5 und LRP6 besitzen YXXL-Motive, so dass auch sie in clathrinbedeckten, zellulären Einsenkungen gesammelt und dann internalisiert werden können (Brown et al., 1998). Doch der zytoplasmatische Teil hat weitere Aufgaben. VLDL R und Apo E R II spielen eine essentielle Rolle in der Signalweiterleitung im sich entwickelnden Gehirn (Trommsdorff et al., 1999). Für die Signalübertragung muss das zytosolischen Adaptorprotein mammalian disabled-1 (mDab) am zytoplasmatischen Teil der Rezeptoren binden. MDab besitzt eine Phosphotyrosin bindende (PTB) Domäne, die am Tyrosin im NPxY-Motiv bindet. Megalin besitzt in seinem zytoplasmatischen Teil Erkennungsstellen für die Proteinkinase C, Caseinkinase II und eine cAMP/cGMP-abhängige Kinase (Hjälm et al., 1996).

1.2. Die Vertreter der LDL Rezeptor Gen Familie bei Säugetieren

Um die vielförmigen physiologischen Aufgaben der unterschiedlichen Mitglieder der LDL R Gen Familie verstehen zu können und so einen Einblick zu erhalten, in wie vielen Bereichen die Rezeptoren Einfluss nehmen, gebe ich hier eine kurze Übersicht über alle Vertreter der LDL R Gen Familie. Auf Megalin, den Rezeptor meines Interesses, werde ich ausführlich eingehen.

1.2.1. LDL R

LDL R ist ein Protein mit einem Molekulargewicht von 160 kDa (Südhof et al., 1985 a und b). Der Rezeptor wird hauptsächlich in der Leber produziert, ferner in erheblichen Mengen in den Nebennieren. LDL R findet man außerdem im Gehirn,

im Herzen, Darm, Niere, in den Muskeln, in der Gebärmutter, in den Ovarien, im Pankreas, in den Hoden und in der Lunge (Jokinen et al., 1994, Kim et al., 1996, Webb et al., 1994).


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Der LDL R bindet Apolipoproteine B (ApoB) und ApoE (Goldstein et al., 1985). Die zelluläre Aufnahme von LDL Partikeln durch den LDL R reguliert die Menge an zirkulierendem Cholesterin (Brown and Goldstein, 1986).

LDL R Knockout Mäuse (Ishibashi et al., 1993) sind lebensfähig und fertil. In ihrem Blut findet sich eine erhöhte Menge an Gesamtcholesterin, das auf gesteigerte IDL-(intermediate density lipoprotein) und LDL-(low density lipoprotein) Werte zurückzuführen ist.

Defekte des LDL R verursachen die familiäre Hypercholesterinämie (FH), die sich durch eine reduzierte Lipoproteinaufnahme auszeichnet. Ein defekter LDL R kann mehrere Ursachen haben. Mutationen im Bereich der Ligandenbindungsdomänen können zu Defekten in der Kalziumbindung, der Disulfidbindungen führen oder das Gesamtgerüst aus Wasserstoffbrücken kann gestört sein. Als Folge kommt es zu keiner Bindung von LDL Partikeln (Blacklow et al., 1996, Fass et al., 1997). Auch Mutationen im zytoplasmatische Teil des LDL R führen zu FH (Brown und Goldstein 1986). Eine Splice-Variante des LDL R, der die O-glykosidische Zuckerdomäne fehlt, führt zu einer milden Form der FH (Kajinami et al., 1988, Koivisto et al., 1993).

1.2.2. VLDL R

Der VLDL R ist mit nur einer CR-Domäne mehr dem LDL R in der Struktur zwar sehr ähnlich (Oka et al., 1994, Sakai et al., 1994), doch wird der VLDL R anders als der LDL R nicht in der Leber (Nakamura et al., 1998) vorgefunden. Seine Hauptexpression findet im Herzen, im Muskel, im Fettgewebe und in den Ovarien statt. Etwas geringere Mengen findet man im Gehirn und in den Hoden. Auch in der Niere, in den Nebennieren, in der Lunge, Gebärmutter, Bauchspeicheldrüse und Milz wird VLDL R gefunden, allerdings mit niedriger Expression. Es sind einige natürliche Varianten des Rezeptors beschrieben worden, unter anderem solche, denen entweder die dritte CR-Domäne fehlt (Martensen et al., 1997) oder die über keine O-glykosidische Zuckerdomäne verfügen (Christie et al., 1996).

Der VLDL R bindet Lipoproteine, die Apo E enthalten und sichert so den Bedarf bestimmter Gewebe wie Herz und Muskeln an Fettsäuren (Sakai et al., 1994, Takahashi et al., 1992, Webb et al., 1994).


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Die VLDL R Knockout Maus (Frykman et al., 1995) ist überlebensfähig und fertil. Mutationen im VLDL R-Homolog beim Huhn hingegen ergeben weibliche Sterilität und Artherosklerose (Bujo et al., 1995).

Mit Apo E R II als Co-Rezeptor spielt der VLDL R bei der Lenkung von neugebildeten postmitotischen Neuronen, die von ihrer Geburtstätte in der ventrikulären Zone entlang von Leitfasern zu ihrem Bestimmungsort wandern, eine Rolle (Abb. 1.2.).

Abb. 1.2. Die Rolle von Apo E R II und VLDL R bei der Wanderung von Neuronen

Ein Schnitt durch den Cortexbereich des Gehirns ist schematisch gezeigt. Eine Gliazelle ist in der ventrikulären Zone verankert und schickt ihre Nervenfasern bis an die Gehirnoberfläche. Postmitotische Neuronen wandern nach ihrer Entstehung in der ventrikulären Zone entlang dieser Fasern zur Oberfläche, wo sie auf das von Cajal-Retzius Neuronen produzierte Reelin treffen. Die Neuronen lösen sich von den leitenden Fasern und bewegen sich in der Horizontalen in ihre Endpositionen.
Abbildung (verändert) nach Trommsdorf et al., 1999.

Reelin, ein Signalpeptid, das von den Cajal-Retzius Neuronen produziert wird, lenkt die Neuronen wie eine Art Wegweiser, bis eine korrekte Schichtung der unterschiedlichen Zellarten erreicht ist. Reelin bindet direkt an VLDL R und Apo E R II, was eine Tyrosin - Phosphorilierung des Adaptermoleküls Dab1 zur Folge hat, das am NPxY-Motiv des zytoplasmatischen Anhanges von VLDLR oder Apo E R II bindet (Hiesberger et al., 1999). In der VLDL R / Apo ER II Doppel-Knockout Maus kommt es zu keiner zielgerichteten Wanderung der Neuronen, die cortikale Schichtung ist verkehrt und es ist im verkleinerten Cerebellum kaum eine Furchung erkennbar. Dieser Phänotyp entspricht dem der sogenannten Reeler-Maus, die nicht in der Lage ist, das Signalpeptid Reelin selbst zu bilden. In [Seite 16↓]Mäusen, die nur VLDL R defizient sind, berühren die Fehlbildungen hauptsächlich das Cerebellum (Trommsdorf et al., 1999).

1.2.3. Apo E R II

Apo E R II ähnelt dem LDL R, wobei nur humanes Apo E R II sieben CR-Domänen (Kim et al, 1996) hat, beim Huhn und der Maus finden sich acht CR-Domänen (Novak et al., 1996). Sie stellen unterschiedliche Splice-Varianten des gleichen Gens dar (Brandes et al., 1997, 2001, Kim et al., 1997, Korschineck et al., 2001). Exprimiert wird Apo E R II vor allem im Gehirn, ferner im Nebenhoden, in den Eierstöcken und in menschlichen Blutkörpern (Kim et al., 1996, 1997, Riddell et al., 1999, Stockinger et al., 2000). Die männliche Apo E R II Knockout Maus ist nur eingeschränkt zeugungsfähig (Trommsdorff et al., 1999), beide Geschlechter haben eine leichte Veränderung in der Entwicklung des Cortexbereiches im Gehirn. Wie schon bei der Besprechung des VLDL R angedeutet, ist auch Apo E R II ein Rezeptor für Reelin. Deutlich ausgeprägt bei der Apo E R II/VLDL R Doppelknockout Maus sind die schweren Anomalien in der Schichtung des Großhirns und ein fast rudimentäres Cerebellum. Apo E R II bindet außer Reelin noch Apo E,VLDL und β-VLDL-Partikel ((Kim et al., 1996, Novak et al., 1996, Brown and Goldstein, 1986, Herz et al., 1991). Der zytoplasmatische Teil von Apo E R II bindet die c-jun aminoterminale Kinase (JNK) interagierenden Proteine 1 und 2 (JIP-1 und JIP-2). Diese Proteine binden im Übrigen nicht an den intrazellulären Teil des VLDL R (Stockinger et al., 2000), was die etwas unterschiedlichen Phänotypen der beiden Einzelknockout Mäuse von Apo E R II und VLDL R erklären könnte.

1.2.4. MEGF 7

MEGF7 ist das jüngste Mitglied der LDL R Gen Familie und noch relativ unerforscht. Es wurde bei einer Suche nach Proteinen im humanen Gehirn gefunden, die ein hohes Molekulargewicht und zahlreiche EGF-artige Einheiten besitzen (Nakayama et al., 1998). MEGF7 besitzt eine Gruppe von 7 CR-Domänen. Seine Zugehörigkeit zur Familie verdankt MEGF7 der partiell hohen Ähnlichkeit seiner EGF-artigen Einheiten mit denen von LRP und Megalin.


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1.2.5.  LRP

LRP ist mit einem Molekulargewicht von zirka 600 kDa ein ungewöhnlich großes Protein (Van Leuven et al., 1994). Das gereifte Protein ist glykosiliert und Furin spaltet es in zwei Ketten (Herz et al., 1990, Willnow et al., 1996b). LRP setzt sich dann aus einer aminoterminalen, 515 kDa α-Kette und einer carboxyterminalen, 85 kDa β-Kette zusammen, die in einer nicht-kovalenten Art miteinander verbunden sind (Springer et al., 1998). LRP verfügt nicht über eine O-glykosidische Zuckerdomäne. LRP wird in sehr vielen Organen vorgefunden (Darm, Niere, Nebenniere, Gebärmutter, Eierstöcke, Hoden, Milz und Thymusdrüse), mit höchster Expression allerdings in Leber, Herz und Lunge (Herz et al., 1988). Anders als LDL R wird LRP nur von bestimmten Zelltypen exprimiert, so in Fibroblasten, den Hepatozyten und Kupffer Zellen der Leber, den Hofbauer Zellen der Placenta, den Asterozyten und Neuronen im Cerebellum, sowie in glatten Muskelzellen (Moesrup et al., 1992). LRP Knockout Mäuse sind embryonal letal, homozygote Tiere sterben etwa am Tag 13, 5 p.c. (Herz et al., 1992). An gewebsspezifischen LRP Knockout Mäusen (Rohlmann et al., 1996) wurde untersucht, welche Auswirkungen ein Fehlen des Rezeptor im ausgewählten Organ bewirkt. So konnte gezeigt werden, dass sich in der Zirkulation von Mäusen, die in der Leber kein LRP ausbildeten, Cholesterin-reiche Restlipoproteine ansammelten (Rohlmann et al., 1998). Neben dieser Funktion, die sich LRP mit LDL R teilt, bindet LRP zahlreiche weitere Liganden, wie z. B. Apo E-haltige Lipoproteine und α 2 -Macroglobulin/Proteinase-Komplexe, Matrixproteine, viele Proteasen und Proteasen/Inhibitor-Komplexe, sowie Pseudomonas Endotoxin A (Überblicke von Gliemann, 1998 und Neels et al., 1998).

1.2.6. LRP1B

LRP1B besitzt mit 32 CR-Einheiten eine mehr als LRP (Liu et al., 2000b). Die mRNA von LRP1B wurde in der Niere, im Gehirn, in der Lunge, Herz, Blase, Leber, im Skelettmuskel, in den Speicheldrüsen und der Schilddrüse nachgewiesen (Liu et al., 2001, Liu et al., 2000a). Für LRP1B wird angenommen, dass es in der Zellproliferation/Metastasenbildung eine Rolle spielt und als


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Tumorsuppressor fungiert (Liu et al., 2000b). Das Gen für LRP1B ist in der Hälfte aller bekannten „non-small-cell“ Lungenkrebs Zelllinien verändert (Liu et al., 2000a).

1.2.7. LRP 5 und LRP 6

LRP5 und LRP6 sind jeweils zirka 180 kDa groß (Hey et al., 1998), beide Rezeptoren vermissen eine O-glykosidische Zuckerdomäne. Sie besitzen statt den klassischen NPxY-Motiven YXXL-Motive im zytoplasmatischen Teil für die Internalisierung durch clathrinbedeckte, zelluläre Einsenkungen (coated pits)(Brown et al., 1998). Es wird immer noch diskutiert, ob LRP5 und LRP6 Mitglieder der LDL R Gen Familie sind, da neben den Ähnlichkeiten erhebliche Unterschiede im Aufbau bestehen (Howell and Herz, 2001). Exprimiert werden LRP5 und LRP6 in zahlreinen Geweben, die gemeinsamen sind Leber, Lunge, Prostata und Hoden, Gebärmutter, Herze, Bauchspeicheldrüse, Skelettmuskel und Nieren (Hey et al., 1998, Dong et al., 1998, Brown et al., 1998).

1.2.8. Megalin

Im Nachfolgenden soll Megalin, der Rezeptor meines Interesses vorgestellt werden. Ich werde etwas ausführlicher auch auf Proteine eingehen, die in enger funktioneller Beziehung zu Megalin stehen.

Der Rezeptor ist der größte bisher beschriebene Vertreter der LDL R Gen Familie. Im Gegensatz zu LRP besitzt Megalin keine Furin-Schnittstelle, das Protein liegt als eine Polypeptidkette vor (Hjälm et al., 1996, Saito et al., 1994). Eine lösliche Form des Rezeptors, die in Zellkulturüberständen von Epithelzellen und im humanen Urin nachgewiesen wurde, könnte das Resultat eines alternativen Splicings sein (Moestrup et al., 1994). Der Hauptexpressionsort von Megalin im adulten Säugetier sind die proximalen Tubuli der Niere (Kounnas et al., 1992). Mit geringerer Intensität ist Megalin in Typ II Pneumozyten in der Lunge, sowie im weiblichen und im männlichen Genitaltrakt exprimiert. Beim Weibchen findet man Megalin in den Epithelzellen des Uterus, Ovidukts, Vas Deferens, der Ducti Efferentes und beim Männchen in den Initialzellen der Nebenhoden. (Saito et al., 1994, Zheng et al., 1994, Kounas et al., 1994, Hermo et al., 1999). Die Megalin


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Knockout Maus (Willnow et al., 1996a) stirbt im Allgemeinen kurze Zeit nach der Geburt, nur wenige Tiere überleben. Die Megalin Defizienz äußert sich in Abnormalitäten der Epithelien, die normalerweise Megalin exprimieren.Die Tiere sterben wahrscheinlich an Lungeninsuffizienz und Vorderhirndefekten. In der Niere spielt der Rezeptor bei der Rückgewinnung von für den Körper essentiellen Substanzen aus dem Primärharn eine entscheidende Rolle. So konnte an den überlebenden Tieren gezeigt werden, dass Megalin für die Resorption von 25-hydroxy-Vitamin D3 im Komplex mit dem Vitamin D bindenden Protein (DBP) im proximalen Tubulus der Niere verantwortlich ist (Nykjaer et al. 1999). Die schweren Mineralisierungsstörungen (Rachitis) der Knochen bei für Megalin homozygot defizienten Tieren decken sich mit diesem Befund, da 25-hydoxy-Vitamin D3 ein für die Kalzifikation der Knochen essentielles Steroidhormon ist. Auch das Retinoid Vitamin A im Komplex mit dem Retinol bindenden Protein (RBP) wird durch Megalin im proximalen Tubulus aus dem Primärharn wieder aufgenommen. Megalin Knockout Mäuse sind in der Regel blind oder haben erheblich kleinere Augen im Vergleich zu Kontrolltieren, was ebenfalls auf eine Retinol Defizienz hindeutet (Christensen et al., 1999a und b). Aber Megalin ist außer durch Vitamin D3 noch auf einer weiteren Ebene in den Kalziumstoffwechsel eingebunden. Sowohl in der Nebenschilddrüse, als auch in der Niere wird Megalin von den gleichen Zellen, die auch den Rezeptor für das Parathyroidhormon (PTH) exprimieren, produziert. Megalin bindet PTH, nimmt es im Anschluss in die Zelle auf und verhindert so, dass PTH an den PTH - Rezeptor bindet und es zu einer transmembralen Signalübertragung kommt (Hilpert et al., 1999). PTH hat viele Zielgewebe und mobilisiert Kalzium. Es erhöht die tubuläre Rückaufnahme von Kalzium in der Leber und regt die Hydroxylierung von 25-hydroxy-Vitamin D3 zu 1,25-dihydroxy-Vitamin D3 in der Niere an. Diese wiederum erhöht die Kalziumaufnahme aus der Nahrung im Darm. Auch Vitamin B12 wird im proximalen Tubulus der Niere von Megalin aus dem Primärharn rückresorbiert. Das Vitamin ist in diesem Milieu mit Transcobalamin komplexiert (Moestrup et al., 1996). Im Gehirn wird der Rezeptor während der Embryogenese vorgefunden. Dort kommt es ohne Megalin zu einer unvollständigen Entwicklung des Neuroepithels, die sich in einer Fusion


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der Vorderhirnhemisphären (Holoprosenzephalie) und einem Fehlen des Geruchszentrums (olfaktorisches Organ) und des Corpus Callosum wiederspiegelt. Das ventrikuläre System ist fusioniert. Die Holoprosenzephalie legt die Vermutung nahe, dass Megalin eine direkte oder indirekte Rolle in der Embryogenese spielt (Willnow et al., 1996a). Die Störungen in der Gehirnentwickung deuten darauf hin, dass einer der wichtigsten Regulatoren dieser Mechanismen namens Sonic Hedgehog (SHH) nicht aktiviert werden kann (Herz et al., 1997). Megalin Defizienz im Neuroepithelium führt bei der Megalin Knockout Maus zu einem ähnlichen Phänotyp wie bei Mäusen oder Menschen, denen SHH selbst fehlt (Roessler et al., 1996, Chiang et al., 1996).

Das Eisen-bindende Glykoprotein Laktoferrin wurde als ein weiterer Ligand für Megalin beschrieben (Willnow et al., 1992), es bindet an die gleichen CR-Domänen des Rezeptors wie Aprotinin, Lipoprotein Lipase oder Apo E/βVLDL-Partikel (Orlando et al., 1997). Laktoferrin ist ein 78 kDa großes Protein mit multifunktionellen Eigenschaften (Aisen et al., 1980). Produziert wird es vom Drüsenepithel der weiblichen Brust (Masson et al., 1966b) und ist in hohen Konzentrationen in der Milch der meisten Säuger zu finden (Hennart et al., 1991, Masson et al., 1971, Groves, 1960), sowie in niedrigeren Dosierungen in nasalen, intestinalen und genitalen Sekreten (Yu et al., 1993, Pentecost et al., 1987, Masson et al., 1966b). Auch in der uterinen, luminalen Flüssigeit (ULF) ist Laktoferrin nachweisbar und wird durch Östradiol induziert (Pentecost et al., 1987, Jefferson et al., 2000). Eine physiologische Bedeutung wurde der Interaktion zwischen Megalin und Laktoferrin bisher nicht zugewiesen (Stand Juli 2002).

Ein Protein, dass zu allen Rezeptoren der LDL R Gen Familie bindet, also auch zu Megalin, ist das Rezeptor assoziierte Protein (RAP), ein 39 kDa großes Protein. Es ist ein intrazelluläres Chaperone, das in dieser Funktion für eine korrekte Faltung der Rezeptoren Sorge trägt und vorzeitige Bindung an Liganden unterbindet (zusammengefasst von Willnow, 1998). Diese Eigenschaft wird im Versuch genutzt, um RAP als Antagonisten einzusetzen und so Bindung von Liganden zu verhindern. Einhergehend mit seiner Funktion als Chaperone wird RAP normalerweise zu 70 % im Endoplasmatischen Reticulum (ER), zu 24 % im


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frühen Golgi Apparat und zu sehr geringen Anteilen auf der Zelloberfläche gefunden (Bu et al., 1994, Orlando et al., 1992). Die RAP Knockout Maus bildet erstaunlicherweise keinen schweren Phänotyp aus. Die Menge an gereiftem LRP im Gehirn und der Leber von RAP defizienten Tieren ist erniedrigt und die Aufnahme von aktiviertem α 2 -Makroglobulin (α 2 -M) und Restlipoproteinen in die Leber ist reduziert (Willnow et al, 1995). Ferner ist der Transport von Megalin und VLDL R im Herz und Niere vom ER zur Zelloberfläche gestört (Willnow et al., 1995, 1996c, Birn et al., 2000b).

Interessanterweise befindet sich unter den beschriebenen Proteinen, die an Megalin binden, ein anderer großer Endozytoserezeptor namens Cubilin (Moestrup et al., 1998). Cubilin selbst hat ein Molekulargewicht von 460 kDa und seine Struktur ist ungewöhnlich (Abb.1.3.). Der Rezeptor besitzt 27 CUB (complement subcomponents C1r/C1s, Uegf, and bone morphogenic protein 1)-Domänen. Eine CUB-Domäne besteht charakteristischer Weise aus zwei Lagen von je fünf antiparallelen β-Faltblättern, die durch β-Biegungen miteinander verbunden sind. Die β-Biegungen zeigen nach außen, wo sie für eine Interaktion mit potentiellen Liganden leicht zugänglich sind (Romero et al., 1997). Am ungewöhnlichsten an Cubilin ist, dass es keine Transmembrandomäne besitzt, die für die Funktion als Endozytoserezeptor obligat wäre (Le Panse et al., 1997a und b, Birn et al., 1997 und 2000a). Stattdessen hat Cubilin eine kurze Sequenz von zirka 100 Aminosäuren, inklusive einem freien Cysteinrest und einer amphipatischen α-Helix, die den Rezeptor lose an die Plasmamembran binden (Kozyraki et al., 1998, Kristiansen et al., 1999). Cubilin wird in den Zellen des proximalen Tubulus der Niere und des absorbierenden Dünndarmepithels, sowie in der Lunge exprimiert. Während der Embryogenese wird es im visceralen Dottersackgefunden (Birn et al., 1997, Levine et al., 1984, Sahali et al., 1988, Seetharam et al., 1988, ). Die vorher nie beschriebene Ansammelung von 27 CUB-Domänen lässt den Rezeptor dafür entworfen erscheinen, mit einer großen Anzahl verschiedener Liganden interagieren zu können. Unter diesen Liganden befindet sich neben Albumin (Birn et al., 2000a), DBP (Nykjaer et al., 2001) und high density lipoprotein(HDL)-Partikel (Hammad et al., 1999, 2000) im Übrigen auch RAP (Birn et al, 1997, Kozyraki et al., 1998).


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Abb. 1.3. Cubilin

Cubilin besitzt 8 EGF-artige Wiederholungen und 27 CUB-Domänen. Die aminoterminale, amphipatische α-Helix erlaubt dem Rezeptor eine lediglich lockere Verbindung zur Plasmamembran.

Die bisher am bestuntersuchte Funktion von Cubilin ist die Aufnahme von Vitamin B12 im Komplex mit intrinsic factor (IF), einem seiner Transportmoleküle, im Darm (Seetharam et al., 1997, Moestrup et al., 1998).

Das im Magen produzierte IF bindet an Vitamin B12. Cubilin wiederum bindet im Darm den Komplex, indem es das Transportmolekül IF erkennt. Der entstandene Komplex aus IF/Vitamin B12 und Cubilin wird möglicherweise von Megalin bei der Endozytose unterstützt. Es gibt zwei bekannte Mutation im Gen für Cubilin, die zu einer gestörten Vitamin B12 Aufnahme führen. Die Krankheit wird Imerslund Gräsbeck-Syndrom genannt und äußert sich in einer autosomal rezessiven, megaloblastischen Anämie (MGA) (Kozyraki et al., 1998, Aminoff et al., 1999). In der häufigsten Variante, der finnische Mutation 1 (FM1), ist das Bindungsvermögen der gesamten CUB-Domäne 8 beeinträchtigt, so dass die Affinität zu IF / Vitamin B12 deutlich reduziert ist (Kristiansen et al., 2000). Die FM2 ist eine Punktmutation in der CUB-Domäne 6, die zu einer Splicevariante führt. Aufgrund der FM2 wird aller Wahrscheinlichkeit nach eine verkürzte Form des Rezeptors produziert (Kozyraki et al., 1998). Es sind ferner Riesenschnauzer einer Inzuchtlinie beschrieben worden, die ebenfalls nicht in Lage sind, funktionierendes Cubilin zu exprimieren. Allerdings ist bei diesen Hunden keine Mutation im Gen für Cubilin auszumachen. Daher wird angenommen, dass ein zusätzliches Genprodukt notwendig ist, um die Expression und Funktion von Cubilin zu gewährleisten (Xu et al., 1999).


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Doch zurück zu den Liganden von Megalin, die als Transportproteine fungieren, also für die Beförderung lipophiler Stoffe in hydrophiler Umgebung sorgen, wie DBP, ohne das Vitamin D nicht in Blut oder Urin mobil wäre.

Wie bereits erwähnt wurde von allen LDL R Gen Familienmitgliedern anfänglichst angenommen, sie wären für die Bindung und Aufnahme von Lipoproteinen verantwortlich, da dies für den LDL R zutrifft. Nun werden immer öfter lipophile Substanzen beschrieben, die durch Megalin in ihre Zellen gelangen, dies allerdings nicht, indem sie in Lipoproteinen transportiert werden.

Daher wurde ein neues Modell entwickelt, das erklären soll, auf welchem Wege diese Stoffe, wie z.B. Vitamin D und Vitamin A, in die Zielzellen gelangen:

Abb. 1.4. Endozytose von Lipoproteinen und Liganden / Carrier Komplexen

A LDL R und LRP nehmen durch Endozytose Lipoproteine in deren Zielzellen auf. Lipoproteine haben einem hydrophoben Kern, in dem z. B. Cholesterol transportiert wird und eine hydrophile Hülle. In dieser Hülle sind die Apolipoproteine, über die das Lipoprotein von Rezeptor gebunden wird. Der Komplex Lipoprotein/Rezeptor wird in die Zelle aufgenommen und in Endosomen wird der Ligand vom Rezeptor getrennt. Der Rezeptor wird zurück an die Zelloberfläche gebracht, die Apolipoproteine werden in Lysosomen abgebaut und die Fette und Cholesterol stehen zur Verfügung.

B Im Falle von Vitamin D und Retinol wird ein Aufnahmemechanismus analog zur Endozytose von Lipoproteinen vermutet. Ein Rezeptor wie Megalin erkennt das Transportmolekül im Komplex aus Transportmolekül und Ligand. Der Komplex, gebunden an Megalin, wird in die Zelle aufgenommen und nach der Dissoziation vom Rezeptor und Degradation des Transportmoleküls kann der Ligand weiterverwendet werden.


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Die Endozytose von Lipoproteinpartikeln durch LDL Rund LRP ist gut erforscht und beschrieben. Die Rezeptoren nehmen Lipoproteine in Zellen des Zielgewebes durch Endozytose auf. Lipoproteine bestehen aus einem hydrophoben Inneren, in dem z. B. Cholesterol und Triglyzeride transportiert werden und einer hydrophilen Hülle. In der Umhüllung befindet sich Apolipoproteine. Diese geben nach Außen zu erkennen, was sich im Inneren des Lipoproteins befindet, denn die Apoproteine sind spezifisch für die im Lipoprotein transportierten Lipide. Über die Apoproteine wird das Lipoprotein von LDL R oder LRP gebunden. Durch Endozytose wird der Komplex aus Lipoprotein und Rezeptor in die Zelle aufgenommen. In Endosomen wird dann der Ligand vom Rezeptor getrennt. Während der Rezeptor zurück an die Zelloberfläche gebracht wird, werden die Apolipoproteine in Lysosomen abgebaut und die Fette und Cholesterol stehen zur Verfügung (Abb.1.4.).

Doch nicht alle Lipide werden in Lipoproteinen transportiert. Steroide und Retinoide z. B. bewegen sich im Komplex mit spezifischen Transportproteinen, sogenannten Carriern. Wir postulieren einen analogen Aufnahmemechanismus für Steroidhormone, die durch Endozytoserezeptoren in ihre Zielzellen aufgenommen werden. Ein Rezeptor wie Megalin erkennt das Transportmolekül im Komplex aus Transportmolekül und Liganden. Der Komplex, gebunden an Megalin wird in die Zelle aufgenommen und nach der Dissoziation vom Rezeptor und Degradation des Carriers kann der Ligand weiterverwendet werden.

Wegweisende Ergebnisse brachten die Arbeiten von Nykjaer und Kollegen, bzw. Christensen und Kollegen, in denen sie bewiesen, dass Megalin für die Aufnahme von Vitamin D und Vitamin A, also Retinol in Zellen des proximalen Tubulus der Niere verantwortlich ist. Die Arbeiten beweisen, dass Megalin diese Vitamine nicht selbst, sondern ihre Transportproteine bindet (Nykjaer et al., 1999, Christensen et al., 1999a).

Bisher wurden Transportproteine zwei Funktionen zugesprochen: Erstens, den Transport von hydrophoben Stoffen in hydrophilem Milieu und zweitens, die Inaktivierung dieser Stoffe durch Bindung zu ihm. Mit der Suche nach weiteren Transportmolekülen, die durch Megalin in Zellen des Zielgewebes aufgenommen werden, versuche ich die These zu untermauern, dass Transportmolekülen eine


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weitere wichtige Aufgabe zufällt, indem sie bei der gewebsspezifischen Aufnahme von lipophilen Stoffen in Zielzellen unabdingbar sind.

Bislang wurde die Aufnahme von Hormonen und anderen lipophilen Substanzen in Gewebe stets durch die sogenannte „Freie Hormon Hypothese“ erklärt. Diese geht davon aus, dass die lipophilen Hormone, gelöst von ihren Transportmolekülen, via freier Diffusion durch die Zellmembran in Gewebe aufgenommen werden. Der neuen Erklärung des Aufnahmemechanismus der Steroidaufnahme würde eine weitere Konsequenz folgen. Wenn durch Endozytoserezeptoren der Komplex aus Carrier und Ligand in Zellen aufgenommen wird, kann die Aufnahme durch die Rezeptorexpression reguliert werden.

Diesem Konzept folgend, muss man Megalin aus einem neuen Blickwinkel betrachten und analysieren. Es stellt sich die Frage, in welchen Geweben der Rezeptor exprimiert wird, die in Zusammenhang mit Steroidhormonen, lipophilen Vitaminen, etc. stehen.

Die Niere als Hauptexpressionsort von Megalin ist selbst nicht steroidabhängig, doch die oben zitierten Arbeiten haben gezeigt, dass Megalin für die Aufnahme von Vitamin D/DBP und Vitamin A/RBP in Zellen des proximalen Tubulus der Niere verantwortlich ist (Nykjaer et al., 1999, Christensen et al., 1999). Eine Reihe von lebenswichtigen Substanzen werden hier aus dem Primärharn resorbiert, sowohl wasserunlösliche, als auch wasserlösliche, wie z.B. Vitamin B12 (Moestrup et al., 1996). Da Megalin hier im adulten Organismus hauptsächlich exprimiert wird, wäre die Niere erste Wahl bei der Suche nach weiteren Liganden.

Megalin wird sowohl in Uterus als auch Testis exprimiert, beides stark hormonabhängige Organe. Wenn Megalin also die zelluläre Aufnahme weiterer Steroide vermittelt, sollten Defizite in der Geschlechtsentwicklung bei Megalin defizienten Mäusen auszumachen sein. In Frage kämen eine ganze Reihe von Steroidhormonen, wie z. B. Testosteron, Östradiol, Progesteron, die eigene Plasmacarrier besitzen und betroffen sein könnten. Auch die Lunge ist ein lohnenswertes Organ für die Suche nach Liganden für Megalin, da Megalin defiziente Mäuse wahrscheinlich an Lungeninsuffizienz sterben. Die Lunge ist pränatal von Steroiden abhängig für eine korrekte Entwicklung (Le Souef, 2001).


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Die Anzahl an Geweben, die von einer Megalin vermittelten Ligandenaufnahme direkt abhängig sind, ist sicher nicht klein aber begrenzt. Schwieriger ist die Identifizierung von Transportmolekülen, da z.B. Steroide eine Vielzahl verschiedener Transportproteine binden. Neben der Analyse Megalin exprimierender Gewebe soll daher eine zweite experimentelle Strategie verfolgt werden. Die Suche nach weiteren Transportproteinen, die notwendig für die Aufnahme lipophiler Stoffe durch Megalin sind, würde Hinweise bringen, wie diese Lipide das Zielgewebe versorgen können.

1.3. Lipocaline

Wie bereits vorgestellt wird das Retinoid Vitamin A im Komplex mit dem Retinol bindenden Protein (RBP) von Megalin in die Zellen proximalen Tubulus aus dem Primärharn aufgenommen (Christensen et al., 1999a und b). RBP gehört zu einer sehr umfangreichen und in ihrer Form höchst diversen Gruppe von Proteinen, den Lipocalinen. Diese Proteinfamilie ist durch einige ihrer Eigenschaften ideal geeignet für eine Suche nach potentiellen Liganden für Megalin. Ferner sind bereits zwei Vertreter der Lipocaline beschrieben, Megalin zu binden.

Man findet Lipocaline bei Vertebraten und Evertebraten, bei Pflanzen und Bakterien. Sie sind klein (in der Regel 160-180 Aminosäuren lang), liegen meist extrazellulär vor und sind in der Lage, kleine, grundsätzlich hydohobe Moleküle zu binden (Flower et al., 2000).

Zu den Lipocalinen gehören außer RBP auch β-Laktoglobulin, α1-Mikroglobulin (α1-M), das Mouse-major-urinary-protein (MUP), das Bilin-bindende Protein (BBP), neutrophiles Gelatinase-assoziiertes Lipocalin (NGAL), Apolipoprotein D (Apo D) und das Odorant-bindende Protein (OBP), welches im Übrigen auch ein Ligand Megalins ist (Cowan et al., 1990, Kanai et al., 1968, Ekström et al., 1975, Drayna et al., 1987, Kjeldsen et al., 1993, Huber et al., 1987). Die Namen geben bereits Auskunft über die Liganden, die von diesen Proteinen gebunden werden können. In ihrer Sequenz sind Lipocaline erstaunlich unterschiedlich. Obwohl sie viele gemeinsame Charakteristika und Funktionen besitzen (s.o.), liegt im paarweisen Vergleich die Homologie mancher Proteine bei nur 20 % (Flower et


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al., 2000). Eine verbindende Gemeinsamkeit (Flower et al., 1993) ist, dass alle Vertreter ein bis meist drei hoch konservierte, kurze Sequenzmotive besitzen (Abb. 1.5. SCR 1-3). Diese Sequenzmotive definieren neben der Funktion der Proteine die Familienzugehörigkeit der Lipocaline.

Abb. 1.5. Die Struktur der Lipocalinfaltung

Eine schematische Darstellung der Faltung von Lipocalinen. Die an ein Fass erinnernde Grundbauweise eines Lipocalins ist hier aufgeklappt abgebildet. Die neun β-Stränge des antiparallelen β-Faltblattes sind als Pfeile dargestellt und mit A-I benannt. Auch die carboxyterminale α-Helix A1 und die aminoterminale 310-artige Helix sind eingezeichnet. Die verbindenden Schleifen sind mit durchgängigen Linien (L1-L7) gekennzeichnet. Die gestrichelten Linien hingegen deuten Wasserstoffbrücken an, welche jeweils zwei β-Stränge miteinander verbinden. Das Lipocalin-Fass hat an einem Ende vier Schleifen (L1, L3, L5, L7), welche die Öffnung zur Ligandenbindungsdomäne umranden. Am anderen Ende liegen drei Schleifen (L2, L4, L6). Das aminoterminale Ende mit der 310-artigen Helix liegt wie der Boden eines Fasses davor. Die drei in Sequenz und Struktur hochkonservierten Regionen (SCR1-3) sind mit starken Linien umrandet. Abbildung (verändert) nach Flower, 1996.

Die gemeinsame Struktur aller Lipocaline ist eine symmetrische Anordnung von einem achtsträngigen β-Faltblatt, das eine Art Fass formt. Das Ende des Faltblattes liegt dem Anfang sehr nahe, die β-Stränge sind durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Dieses β-Faltblatt formt eine innere Tasche, in der Liganden gebunden werden und ein äußeres Gerüst aus Schleifen. [Seite 28↓]L2-L7 sind kurze β-Haarnadelschleifen, L1 eine große Ω-Schlinge. Diese kann sich wie ein Deckel über die Ligandenbindungsdomäne, deren Zugang auf dieser Seite liegt, legen. Zwischen den β-Strängen H und I befindet sich immer eine α-Helix. Variabel ist allerdings die Länge und die Ausrichtung im Verhältnis zum β-Faltblatt. Hoch konserviert sind die aminoterminale 310-artige Helix und der ihr folgende β-Strang A (SCR 1), dann die β-Stränge F und G mit der verbindenden Schleife L6 (SCR2) und der β-Strang H mit der darauf folgenden Sequenz (Flower et al., 1993, 1995, 1996).

Im Folgenden möchte ich auf zwei Lipocaline näher eingehen, die in meiner Arbeit eine Rolle spielen werden.

1.3.1. Apolipoprotein D (Apo D)

Die Größe von Apo D liegt zwischen 19 und 32 kDa (Drayna et al., 1986, Balbin et al., 1990, Albers et al., 1981), was auf unterschiedlicher Glykosilierung beruht (Peitsch et al., 1989, Yang et al., 1994). Apo D wird in den Nebennieren, in der Bauchspeicheldrüse, den Nieren, der Gebärmutter, Milz, Lunge, in den Eierstöcken, den Hoden, in den Epithelzellen der Prostata, im Gehirn, im peripheren Nervensystem (PNS) und der zerebrospinalen Flüssigkeit (CSF) produziert (Drayna et al, 1986, Borghini et al., 1995, Aspinall et al., 1995). In der Leber und im Dünndarm hingegen, den Hauptexpressionsorten anderer Apolipoproteine, findet sich kaum Apo D. Neben der normalen Expression ist Apo D Proteinhauptbestandteil in der Zystenflüssigkeit von Frauen mit sogenannter Mastopathia cystica fibrosa, bei der die Brust teils große Zysten ausbildet (Balbin et al., 1990). Es handelt sich dabei um degenerative oder proliferative Umbauprozesse der Brustdrüsen, die sich mit Zunahme des Bindegewebes, Umbau des Lappchensystems und Erweiterung der Milchgänge bis zur Ausbildung von Zysten äußert. Die intraduktale Epithelproliferation fehlt. Apo D wird von den Epithelzellen hergestellt, die diese Zysten umgeben (Haagensen et al., 1986). Apo D kann bis über 50 % der Gesamtproteinmenge in der Zystenflüssigkeit ausmachen und in 1000fach höherer Konzentration als im Plasma vorliegen (Balbin et al., 1990, Sanchez et al, 1992a). Die normale Plasmakonzentration liegt bei 12 mg/100ml (Camato et al., 1989). Betroffen von dieser Zystenbildung sind 7 % aller Frauen vor der Menopause (Haagensen et al.,


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1981). Auch wenn aus den Zysten selten direkt Tumore hervorgehen, haben betroffene Frauen ein zweifach bis vierfach höheres Brustkrebsrisiko. Die Proteinzusammensetzung der Zystenflüssigkeit variiert nach Ausbildung des Tumors. Apo D wird häufiger in Sekreten höher differenzierter, gutartiger Tumoren gefunden (88% der betroffenen Frauen), als in denen undifferenzierter, bösartiger Tumore (53% der betroffenen Frauen) (Sanchez et al., 1992 a und b).

Im PNS wird die Apo D mRNA-Expression um ein bis zu 500faches gesteigert, wenn es zu Verletzungen kommt, da es in regenerative Prozesse involviert zu sein scheint (Boyles et al., 1990, Spreyer et al., 1990). Diese hohen lokalen Konzentrationen werden erreicht, da Apo D von den Fibroblasten des PNS produziert wird, und nicht wie andere Apolipoproteine mit dem Blutstrom transportiert wird. Im zentralen Nervensystem (ZNS) wird Apo D von Oligodendrozyten und Astrozyten produziert. Diese Zelltypen synthetisieren auch Progesteron und Pregnenolon (Boyles et al., 1990, Navarro et al., 1998, Patel et al., 1995, Hu et al., 1987). Es wird angenommen, dass Apo D in der Innervierung und der Verschaltung der Neuronen beteiligt ist (Boyles et al., 1990, Provost et al., 1990, Navarro et al., 1998, Patel et al., 1995). Generell wird eine Hochregulierung von Apo D in neurodegenerativen Zuständen beobachtet. Beispiele wären die Niemann-Pick Erkrankung (Sphingomyelinose), eine autosomal rezessive Erbkrankheit, die mit veränderter zellulärer Einlagerung von Cholesterin einhergeht (Suresh et al., 1998). Alzheimer-Patienten weisen eine 60-350 % erhöhte Menge Apo D in ihren Gehirnen auf, wobei der Hippocampus und die CSF besonders betroffen sind (Terrisse et al., 1998). Für Apo D sind sehr viele Liganden beschrieben worden. Einige seien im Nachfolgenden kurz genannt. Ob Cholesterin ein natürlicher Ligand für Apo D ist, wird diskutiert (Drayna et al., 1986, Peitsch et al., 1989, Patel et al., 1997). Ganz sicher bindet Apo D diverse Steroide, dies mit unterschiedlicher Affinität. Gestagene werden besser gebunden als Androgene, diese wiederum besser als Östrogene (Simard et al., 1991). Eine Aufgabe von Apo D könnte es sein, Brustgewebe mit Progesteron und/oder Pregnenolon, einer Vorstufe des Progesteron, zu versorgen. Östradiol wird nicht von Apo D gebunden (Dilley et al., 1990, Lea, 1988). Ein weiterer Ligand für Apo D ist Arachidonsäure. Die Affinität ist mit einem Ka von 1,6 x 108 sogar


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20fach höher als für Progesteron (Morais-Cabral et al., 1995). Arachidonsäure ist die Vorstufe für Eicosanoide und Prostaglandine (von Euler, 1988).

1.3.2. 24p3 / Uterocalin

24p3/Uterocalinist das murine Homolog zu einem humanen Lipocalin namens „Neutrophile Gelatinase assoziiertes Lipocalin“ (NGAL). 24p3 ist ein zirka 26 kDa großes Lipocalin, das in vielen Geweben exprimiert wird. Die Expression ist allerdings vom Alter der Tiere abhängig (Garay-Rojas et al., 1996). In adulten Tieren wird die mRNA in Lunge und Milz, sowie Leber, jedoch nicht in der Niere detektiert (Chu et al., 1996,Garay-Rojas et al., 1996 ). 24p3 wird trotz des Namens Uterocalin in den Sexualorganen beider Geschlechter, also Vagina, Uterus und Nebenhoden gefunden (Huang et al., 1999, Chu et al., 2000). Obwohl die Struktur gut beschrieben wurde, sind bisher nur sehr wenige Liganden von 24p3 bekannt, darunter Retinolsäure und Retinol (Chu et al., 1997). Der Name Uterocalin bezieht sich darauf, dass 24p3 in uteriner, luminaler Flüssigkeit (ULF) gefunden wird (Albers et al., 1961). Es wird in den Epithelzellen des Endometriums produziert und in die ULF sekretiert. Östradiol stimuliert in der Proliferationsphase des Zyklus die 24p3 Expression, dies kann im Mausmodell durch künstliche Östradiol Injektionen simuliert werden (Chu et al., 1996, 2000). Auch um den Zeitpunkt der Geburt wird vermehrt 24p3 vorgefunden, es wird diskutiert, ob 24p3 dort aufgrund der weitreichenden Umstrukturierung des Gewebes zum Einsatz kommt (Liu et al., 1997). Das Protein wird nämlich den „Akute Phase Proteinen“ zugerechnet, da es als Antwort auf eine TNF α-Ausschüttung verstärkt produziert wird (Liu et al., 1995). Diese Proteine finden dort Anwendung, wo Gewebe zerstört wurde oder eine Entzündung droht. Welche Rolle 24p3 genau dabei einnimmt, ist immer noch unbekannt (Stand Juli 2002). Neben 24p3 werden im Übrigen auch die Lipocaline RBP und α2-M zu den „Akute Phase Proteinen" gerechnet. Bei vielen Leukozyten verursachet 24p3 Apoptsis. Ob eine Zellart auf das Lipocalin mit gewollten Zelltod reagiert, ist nach Ansicht der Autoren von einem nicht näher beschriebenen Rezeptor für 24p3 abhängig, den nicht alle Zellen exprimieren (Devireddy et al., 2001).


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1.4.  CCSP

Mit Clara cell secretory protein (CCSP) möchte ich ein weiteres Protein eingehender vorstellen, das als Ligand für Megalin in Frage kommt. Zum einen fällt die erstaunliche Colokalisation der beiden Proteine auf. In der Lunge wird CCSP von Clara Zellen produziert, Megalin von den benachbarten Typ II Pneumozyten (Singh et al., 1986, Massaro, 1994, Lundgren et al., 1997). Im Uterus kommen ebenfalls beide Proteine vor, Megalin im mukosen Epithel, CCSP als lösliche Komponente in der im Uterus enthaltenen Flüssigkeit, der ULF (Saito et al., 1994, Shirai et al., 1974). Im proximalen Tubulus der Niere, dem Hauptexpressionsort von Megalin, kommt es zu einer Akkumulation von CCSP im Komplex mit polychlorierten Biphenylen (PCB). Neben der Colokalisation sind es biochemische Eigenschaften, die CCSP als potentiellen Liganden für Megalin in Frage kommen lassen.

CCSP ist ein wasserlösliches Protein, das von Clara Zellen, einem cilienlosen Zelltyp der Lunge, produziert und in die bronchioalveolare Flüssigkeit sekretiert wird. Es ist ein 16 kDa großes Homodimer, dessen Untereinheiten antiparallel durch Disulfidbrücken verbunden sind. Für diese Disulfidbrückenbildung tragen die Cysteinreste 3 und 69 Verantwortung. Jede Untereinheit enthält vier α-Helices, das Homodimer formt eine Tasche, in der kleine, hydrophobe Liganden binden können (Umland et al., 1992, Stripp et al., 1994).

CCSP der Nager, humanes CC10 und Uteroglobin der Hasenartigen stellen interspezifische Homologe dar. Die sind Aminosäuresequenzen nicht absolut identisch, doch die funktionelle Aufteilung der drei Exons ist gleich und die entscheidenden Aminosäurereste sind hoch konserviert, wie z. B. jene, für die Ligandenbindung oder Disulfidbrückenbildung verantwortlich sind (Stripp et al., 1996). Der Namen Blastokinin (Krishnan et al, 1967) oder Uteroglobin (Beier, 1968) ist entstanden, da das Protein als hormonell induzierbare Komponente in Sekreten des Uterus die Blastulation bei Kaninchen einleitet und die Entwicklung der Blastozyste fördern konnte. CCSP ist verantwortlich für eine Akkumulation von Progesteron im Uterus (Bochskanl und Kirchner, 1981). Es bindet das [Seite 32↓]hydrophile Steroidhormon und führt dem Zielgewebe zu (Urzua et al., 1970, Arthur et al, 1972, Bochskanl et al, 1984, 1988). Später wurde CCSP in anderen

Organen inklusive des Magen-Darmtraktes, der Prostata, sowie auch der Lunge nachgewiesen (Miele et al., 1987).

Das humanes CCSP polychlorierte Biphenyle (PCB) bindet, ist ausführlich beschrieben worden (Lund et al., 1985, 1988, Andersson et al., 1991). Auch die Anreicherung der PCBs in der Lunge und vor allem in der Niere ist lange bekannt (Brandt et al., 1985). Bei CCSP defizienten Knockout Mäusen kommt es zu keiner Akkumulation dieser chemisch höchst stabilen und wasserunlöslichen Umweltgifte (Stripp et al., 1996). PCB wurden Mitte letzten Jahrhunderts extensiv produziert und gerade ihre hohe Stabilität und Wasserunlöslichkeit machten sie für die Elektroindustrie interessant. Bereits 1966 wurden erste Berichte veröffentlicht, die auf die Gefahren hinwiesen, die diese Stoffe in sich bargen (Jensen, 1966). Sie sind krebserregend und fruchtschädigend. Die weltweite Produktion von PCB wurde daraufhin in den siebziger Jahren gedrosselt.


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07.03.2004