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126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

28.04. - 01.05.2009, München

Wechselspiel niedermolekularer Thiole und redox-aktiver Spezies zur Regulierung der MMP-1 Aktivität

Meeting Abstract

  • corresponding author C.M. Volkmar - Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
  • S. Koch - Forschungsgruppe Immunbiologie des Institutes für molekulare Medizin, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland
  • V. Kolb-Bachofen - Forschungsgruppe Immunbiologie des Institutes für molekulare Medizin, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland
  • N. Pallua - Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
  • C.V. Suschek - Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen, Aachen, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München, 28.04.-01.05.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. Doc09dgch11212

DOI: 10.3205/09dgch314, URN: urn:nbn:de:0183-09dgch3142

Veröffentlicht: 23. April 2009

© 2009 Volkmar et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: MMP-1 ist ein Mitglied der Matrix Metalloproteinase-Familie (MMP-Familie), das wie die übrigen MMPs entscheidend beim Abbau und der Remodulierung der extrazellulären Matrix beteiligt ist. Die Regulierung dieser Proteinasen ist physiologisch zum einen durch die Aktivierung ihrer Proformen (die Abspaltung der Prodomäne führt zur Freilegung des katalytischen Zentrums) und zum anderen durch spezifische Inhibitoren verwirklicht. Eine Fehlregulation der MMP-Aktivitäten ist mit einer unzureichenden Wundheilung sowie frühzeitigen Hautalterung assoziiert.Wir untersuchten, ob kleinmolekulare Thiole, die vor allem während des Entzündungsprozesses vermehrt in der extrazellulären Matrix zu finden sind, analog zum natürlichen Mechanismus der Aktivitätsregulation, mit dem katalytischen Zentrum des MMP-1s interagieren und dadurch dessen Aktivität hemmen? Und wie diese Hemmung wieder aufgehoben werden kann?

Material und Methoden: Die Experimente wurden mit rekombinantem humanen MMP-1 in einer Pufferlösung durchgeführt, zu der reduzierte bzw. oxidierte Thiole zugegeben wurden. Das Pro-MMP1 wurde mit APMA (p-Aminophenyl-Quecksilberacetat) aktiviert und das aktive Enzym mittels Western Blot nachgewiesen. Die Enzymaktivität wurde mit Hilfe eines fluorgenetischen Substrats gemessen bzw. anhand eines Gelatin-Zymogrammgels charakterisiert. Der Gehalt an oxidiertem Glutathion wurde enzymatisch (Glutathion-Reduktase) bestimmt.

Ergebnisse: Niedermolekulare Thiole wie Glutathion (GSH), Cystein, Homocystein und N-Acetylcystein reduzierten die MMP-1 Aktivität mit einer Effizienz von Cystein ≥ GSH > Homocystein > N-Acetylcystein, wobei sowohl Cystein als auch Glutathion bereits in physiologisch-relevanten Konzentrationen eine signifikante Reduktion zeigten. Dagegen hatten ihre oxidierten Derivate, wie S-nitrosyliertes GSH, keinerlei Einfluss auf die MMP-1 Aktivität, ein Beweis für die Wichtigkeit der Schwefelgruppe für die Inhibition. Thiol-inhibiertes MMP-1 konnte durch reaktive Nitrogen- und Oxygenspezies (RNS, ROS) wieder vollständig reaktiviert werden. Dabei wurde GSH zu GSSG oxidiert, ein weiterer Beweis für die Interaktion der Schwefelgruppe des Thiols mit dem katalytisch-aktiven Zink des MMP-1s. Diese Reaktivierung konnte wiederum durch Ascorbinsäure, einen Radikal-Fänger, unterdrückt werden.

Schlussfolgerung: Mit den hier vorgestellten Versuchen konnten wir einen neuen Regulationsmechanismus der MMP-1 Aktivität erarbeiten, wie er in der extrazellulären Matrix, z.B. während der Entzündung, ablaufen könnte. Dabei wird MMP-1 durch physiologisch-relevante Konzentrationen an niedermolekularen Thiolen, vor allem Glutathion, gehemmt, indem die Schwefelgruppe der Thiole mit dem Zink-Ion des katalytischen Zentrums interagiert und dadurch das aktive Zentrum unzugänglich für die Substrate macht. Diese Inhibition lässt sich durch oxidierende Substanzen rückgängig machen, indem die Thiole oxidiert werden und aus ihrer Bindung an das aktive Zentrum entlassen werden.