Studien zur Beteiligung des mARC-Enzymsystems an kardiovaskulär relevanten Prozessen

Schneider, Jennifer

Die mitochondriale Amidoxim-reduzierende Komponente (mARC) bildet zusammen mit Cytochrom b5 und seiner NADH-abhängigen Cytochrom b5 Reduktase ein N-reduktives Enzymsystem, das in vitro eine Vielzahl N-hydroxylierter und N-oxygenierter Verbindungen reduziert. Alle bisher untersuchten Säugergenome enthalten zwei hochkonservierte mARC-Gene, die für die beiden mARC-Proteine mARC1 und mARC2 kodieren. Durch die Reduktion von Nω-Hydroxy-L-arginin konnte eine Beteiligung von mARC am Stickstoffmonoxid (NO) Stoffwechsel und damit an einem kardiovaskulären Stoffwechselprozess postuliert werden. Es wurde untersucht, ob mARC die anaerobe Reduktion von Nitrit zu NO katalysiert. Dies konnte nicht bestätigt werden, eine klinisch relevante, mARC-abhängige NO Freisetzung aus Nitrit ist daher in Frage zu stellen. Dies gilt auch für das aus Glyceroltrinitrat (GTN) entstehende Nitrit, dass durch Reduktion zu NO zur Wirkung des NO-Donators beiträgt. Eine direkte, mARC-abhängige GTN-Reduktion zu NO konnte ebenfalls nicht gezeigt werden. Das mARC1 haltige Enzymsystem ist jedoch am Metabolismus von Trimethylamin-N-oxid (TMAO) beteiligt, das in hohen Plasmakonzentrationen ein erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen verursacht. Die mARC-vermittelte Reduktion konnte mit Hilfe einer neu entwickelten Analytik unter Verwendung verschiedener, enzymatischer Testsysteme nachgewiesen werden. Damit wurde erstmals ein humanes Enzym identifiziert, dass TMAO zu seinem Vorläufer Trimethylamin reduziert. Gleichzeitig zeigen diese Ergebnisse, dass mARC durch Flavinhaltige Monooxygenasen entstandene Verbindungen entgiftet. Bemerkenswert ist, dass diese Reaktion ausschließlich durch mARC1, jedoch nicht durch mARC2 katalysiert wird. Ein mittels CRISPR/Cas durchgeführter hmARC1-Knockout (KO) in humanen Zellen führte zu einer Zellpopulation, die sowohl in ihrem Wachstum als auch in ihrer Morphologie verändert war. Der Erfolg des KOs konnte dennoch nicht zweifelsfrei bestätigt werden.

The mitochondrial amidoxime reducing component (mARC) forms, together with cytochrome b5 and its NADH-dependent cytochrome b5 reductase, an N-reductive enzyme system, which reduces a vast variety of N-hydroxylated and N-oxygenated compounds in vitro. All hitherto investigated mammalian genomes harbour highly-conserved two genes that encode for the two mARC proteins, mARC1 and mARC2, respectively. The reduction of Nω-hydroxy-L-arginine led to the postulation of a participation of mARC in nitric oxide (NO) metabolism and thus in a cardiovascular metabolic pathway. It was investigated whether mARC catalyses the anaerobic reduction of nitrite to NO. Although being published earlier, the nitrite reduction was not reproducible, questioning a clinical relevant, mARC-dependent NO release of nitrite. This is also the case for nitrite originating from glycerol trinitrate (GTN), which contributes to the effect of the NO-donor by reduction to NO. A direct, mARC-dependent GTN reduction to NO could as well not be determined. However, the mARC1-containing enzyme system contributes to the metabolism of trimethylamine N-oxide (TMAO) that, in high plasma concentrations, causes an elevated risk for cardiovascular diseases. The mARC-dependent reduction was determined with a newly developed analytical method by using several enzymatic test systems. Thus, a human enzyme catalysing the reduction of TMAO to its precursor trimethylamine was identified for the first time. Simultaneously, these results indicate that mARC detoxifies a metabolite emerging from flavin-containing monooxygenases. Remarkably, this reaction is exclusively catalysed by mARC1, but not by mARC2. A hmARC1 knockout (KO) in human, conducted via CRISPR/Cas, resulted in a cell population that was altered in both growth and morphology. However, the successful KO was not unequivocally confirmed.

Cite

Citation style:

Schneider, Jennifer: Studien zur Beteiligung des mARC-Enzymsystems an kardiovaskulär relevanten Prozessen. 2018.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export