Physiological role of prolylcarboxypeptidase

Abstract

Prolylcarboxypeptidase (PRCP, EC3.4.16.2) ist ein ubiquitär exprimiertes Enzym, mit höchster Expression im Maushirn. Es spaltet spezifisch die letzte carboxyterminale Aminosäure von Substraten, deren vorletzte Aminosäure ein Prolin ist. Seine bisher publizierten Substrate Angiotensin II (AngII) und alpha Melanocortin Stimulierendes Hormone (alphaMSH) legen eine Rolle von PRCP in der Entwicklung von kardiovaskulären und metabolischen Krankheiten nahe. Um die in vivo Funktion von PRCP zu studieren, wurde eine Knockout Maus generiert (PRCP-/-). Metabolischer Phänotyp: PRCP-/- Mäuse zeigten generell ein reduziertes Körpergewicht, selbst wenn sie über Monate mit einer Hochfettdiät versorgt wurden. Erhöhte Plasmaleptin Werte und Proopiomelanocortin (pomc) Expression in knockout Hypothalami wiesen auf eine wichtige Rolle von PRCP in der Regulation von Futteraufnahme und Energiehomöostase hin. Eines der Genprodukte von pomc ist alphaMSH, welches im Hypothalamus die Futteraufnahme terminiert. Die carboxyterminale Struktur dieses Neuropeptids erfüllt alle Voraussetzungen, um von PRCP gespalten zu werden. Zudem konnte prcp Promotoraktivität in den selben Hirnstrukturen gezeigt werden, in denen auch alphaMSH-Wirkung beschrieben wurde. Eine mögliche Funktion von PRCP wäre somit die Inaktivierung des Appetitzüglers alphaMSH im Hypothalamus. Kardiovasculärer Phänotyp: Zunächst erwiesen sich zirkulierende Ang-Peptide in PRCP-/- Mäusen als unverändert. Jedoch konnte ein erhöhtes Niveau des Degradationsproduktes Ang1-7 in der Niere gezeigt werden. Die Entdeckung einer erhöhten Enzymaktivität von Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2) in PRCP-/- Nieren, wurde als Kompensation der fehlenden PRCP Aktivität in PRCP-/- Nieren interpretiert. bot einen Erklärungsansatz für dieses Ergebnisse. Es wird davon ausgegangen, daß ACE2 die fehlende PRCP Aktivität in knockout Mäusen kompensiert. Das es sich hierbei um eine lokale begrenzte Kompensation handeln muß, zeigten der erhöhte Blutdruck und Herzrate, sowie die milde Herzhypertrophie. Da spezifische prcp Promotoraktivität in Hirnnuclei gefunden wurde, die in die Kontrolle der Herzfrequenz und des Blutdrucks involviert sind, wird eine regulatorische Funktion von Hirnstamm-PRCP auf Herzrhytmus und Blutdruck vermutet.

Prolylcarboxypeptidase (PRCP, EC3.4.16.2) is an enzyme specifically cleaving the last carboxy-terminal amino acid from substrates containing a penultimate proline. Its known potential substrates are linked to cardiovascular and metabolic phenomenon. To analyse the in vivo function of this enzyme a PRCP knockout mouse was generated. Homozygous knockout mice are viable but show tendency of decreased life span. In mice prcp expression is present in all tissues tested with very specific localizations of prcp promotor activity to distinct brain areas within the cortex, hippocampus, hypothalamus and the brain stem. The metabolic phenotype of PRCP deficient mice is characterized by low body weight even when feeding the animals a high fat diet. The increased plasma leptin levels and elevated expression of proopiomelanocortin gene (pomc) found in knockout hypothalami suggests an involvement of PRCP in the regulation of food intake and energy homeostasis. One of the gene products of pomc is alpha-melanocortin stimulating hormone (alphaMSH) that is terminating feeding when released from hypothalamic POMC neurons. Its carboxy-terminal structure is fitting the cleavage preferences of PRCP. Prcp promotor activities are localized in arcuate nucleus and paraventricular nucleus, brain areas of known alphaMSH signalling, supporting a role of PRCP in the degradation of central alphaMSH. The impact of PRCP on angiotensin II (AngII) metabolism was studied by determining the level of AngII and its degradation product Ang1-7 in blood and tissues. But instead of increased AngII levels due to the missing degradation enzyme in knockout mice, Ang1-7 levels were increased in kidney. These results were explainable by the increased activity of angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) found in kidney. Probably ACE2 is compensating the lack of PRCP in the knockout mouse. Nevertheless, blood pressure and heart rate of PRCP knockout mice was increased. The mild hypertension was accompanied by mild hypertrophy of the hearts. Prcp promotor activity was found in brain stem an area important for regulation of blood pressure and heart rate suggesting that central PRCP regulates blood pressure.