Diabetologie und Stoffwechsel 2017; 12(03): 222-228
DOI: 10.1055/s-0037-1603540
Komplikationen und Versorgungsforschung
Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Carnosinase-Inhibition als Schutz vor Diabetischer Nephropathie

T Weigand
1   University of Heidelberg, Centre for Paediatric and Adolescent Medicine, Heidelberg, Germany
,
CP Schmitt
1   University of Heidelberg, Centre for Paediatric and Adolescent Medicine, Heidelberg, Germany
,
P Nawroth
2   University of Heidelberg, Centre for Internal Medicine, Heidelberg, Germany
,
G Vistoli
3   Università degli Studi di Milano, Department of Pharmaceutical Sciences, Milano, Italy
,
V Peters
1   University of Heidelberg, Centre for Paediatric and Adolescent Medicine, Heidelberg, Germany
› Author Affiliations
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Publication History

Publication Date:
06 July 2017 (online)

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Fragestellung:

In diabetischen Mäusen erhöht die Gabe von cytoprotektivem Carnosin die Carnosinspiegel im Plasma und in der Niere, diabetische Spätkomplikationen können vermindert werden. Im Menschen baut die Serum-Carnosinase (CN1) oral zugeführtes Carnosin rasch ab, die Plasma-Konzentration steigt kaum. Der Cysteinrest an Position 102 der CN1 reguliert die CN1 Aktivität. Ziel dieser Untersuchung war zu testen, ob Cysteinylierung dieses Cysteins die CN1-Aktivität reduziert und somit die Gewebespiegel von Carnosin erhöhen kann.

Methodik:

Die Enzymkinetik des rekombinanten und renalen Enzyms wurde nach Zugabe von thiolhaltigen Komponenten charakterisiert. Mittels Molecular Dynamics (MD) wurden Interaktionen zwischen potenziellen Inhibitoren und CN1 dreidimensional simuliert.

Ergebnisse:

Die Zugabe von Cystein (1,6 ± 0,2µmol/mg/h/mM; p < 0,05), N-Acetylcystein (2,0 ± 0,3µmol/mg/h/mM; p < 0,05) und GSH (3,2 ± 0,4µmol/mg/h/mM; p < 0,05) verringern die Aktivität der rekombinanten CN1 im Vergleich zur Kontrolle (5,2 ± 0,2µmol/mg/h/mM). GSSG hingegen reduziert die Aktivität nicht. ln Nierengewebe gesunder und diabetischer Tiere hemmt GSH ebenfalls die CN1-Aktivität. Substitution der Cysteine des rekombinanten Enzyms zeigte, dass der inhibitorische Effekt durch Cysteinylierung des Cysteins an Position 102, nicht aber an anderer Position, verantwortlich ist. MD Simulation bestätigte dies und zeigte, dass die Interaktion der thiolthaltigen Komponenten mit dem Cystein an Position 102 im aktiven Zentrum der CN1 zu einer Änderung der Konformation des Enzyms und so zu einer Reduktion der Aktivität führt.

Schlussfolgerung:

Unter Diabetes mellitus sind nephroprotektive Mechanismen geschwächt, verursacht durch erhöhte CN1-Aktivität. Durch thiolhaltige Komponenten konnte in Nierengewebe von diabetischen Mäusen und beim rekombinanten Enzym durch N-Cysteinylierung die Aktivität signifikant reduziert werden. Hierdurch ergibt sich ein potenziell neuer Therapieeinsatz zur Behandlung diabetischer Komplikationen.