Asparaginase

Asparaginase (EC 3.5.1.1, USAN) oder Colaspase (BAN) ist ein Enzym, das weit verbreitet als Medikament und in der Lebensmittelherstellung angewendet wird. Asparaginase ist in der Lage, die Aminosäure Asparagin abzubauen, deren Abwesenheit die Krebszellen daran hindern könnte, Proteine zu synthetisieren. Asparaginase wurde 1978 in den Vereinigten Staaten für die medizinische Verwendung zugelassen, steht auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der Weltgesundheitsorganisation und wurde als eines der effektivsten und sichersten Medikamente anerkannt, die in einem Gesundheitssystem benötigt werden. Im medizinischen Bereich können Krankheiten wie akute lymphoblastische Leukämie, akute myeloische Leukämie und Non-Hodgkin-Lymphom mit L-Asparaginase behandelt werden, die durch Injektion in eine Vene, einen Muskel oder unter die Haut verabreicht wird. Eine pegylierte Version von Asparaginase ist ebenfalls verfügbar. Als Hilfsmittel in der Lebensmittelherstellung wird Asparaginase allgemein verwendet, um Acrylamid zu verringern.

Namen

Asparaginase ist ein in den Vereinigten Staaten angenommener Name (USAN) und kann auch als crisantaspase und colaspase bezeichnet werden, wobei crisantaspase der britische zugelassene Name (BAN) für Asparaginase ist, die aus Erwinia chrysanthemi gewonnen wird, und colaspase der BAN von Asparaginase ist, die aus Escherichia coli extrahiert wird. Die Markennamen von Colaspase sind Elspar, Kidrolase, Leunase und Spectrila, während Erwinase und Erwinaze Markennamen für Crisantaspase sind. Die pegylierte Version von Colaspase wird als Pegaspargase bezeichnet, deren Markenname Oncaspar ist.

Geschichte

Die schrittweise Entwicklung von Asparaginase als Antikrebsmittel begann 1953, als Lymphome bei Ratten und Mäusen nach der Behandlung mit Meerschweinchenserum zum ersten Mal zurückgingen. Spätere Forschungen fanden heraus, dass es das Enzym Asparaginase ist, das die Tumorrückbildung hervorruft, und nicht das Serum selbst. Asparaginase wird oft aus Escherichia coli oder Erwinia chrysanthemi gewonnen. Im Vergleich verschiedener Arten von Asparaginasen stellte sich heraus, dass die aus Escherichia coli und Erwinia chrysanthemi die optimale Antikrebsfähigkeit aufweisen. Infolgedessen wurde Escherichia coli zur Hauptquelle für Asparaginase, da es einfach in großen Mengen produziert werden kann.

Anwendungen

Asparaginase kann für verschiedene industrielle und pharmazeutische Zwecke angewendet werden. Markenformulierungen mit unterschiedlichen chemischen und pharmakologischen Eigenschaften sind 1998 hauptsächlich einschließlich Asparaginase Medac, Ciderolase und Oncaspar, Spectrila (eine neue rekombinante Asparaginase aus Escherichia coli) verfügbar. Asparaginase, die von Erwinia chrysanthemi produziert wird, auch bekannt als Crisantaspase (BAN), wird im Vereinigten Königreich als Erwinase gehandelt. Eine der Escherichia coli Asparaginasen mit dem Markennamen Elspar zur Behandlung der akuten lymphoblastischen Leukämie ist auch in einigen Mastzelltumorprotokollen wirksam. Asparaginase unterscheidet sich von den meisten anderen Chemotherapie-Mitteln, da sie als intramuskuläre, subkutane oder intravenöse Injektion ohne Gewebeirritation verabreicht wird. Die häufigste Verwendung von Asparaginase besteht darin, als Verarbeitungshilfsmittel in der Lebensmittelherstellung zu fungieren. Kommerziell verfügbare Acrylaway und PreventASe von Asparaginase wurden als Lebensmittelverarbeitungshilfsmittel genutzt, um die Bildung von Acrylamid zu hemmen, das als potenzielles Karzinogen in stärkehaltigen Lebensmitteln wie Snacks und Keksen gilt.

Wirkmechanismus

Asparaginase als Medikament könnte sich den Umstand zunutze machen, dass akute lymphoblastische Leukämiezellen und einige andere verdächtige Tumorzellen nicht in der Lage sind, die nicht essentielle Aminosäure Asparagin zu synthetisieren, während normale Zellen ihr eigenes Asparagin produzieren können. Daher sind leukämische Zellen hauptsächlich auf zirkulierendes Asparagin angewiesen und benötigen große Mengen Asparagin, das von Asparaginase katalysiert in Asparaginsäure und Ammoniak umgewandelt werden kann, wodurch das zirkulierende Asparagin, das von der leukämischen Zelle benötigt wird, entzogen wird und dies zum Zelltod führt.

Bei Erhitzung durchläuft Asparagin, das natürlicherweise in stärkehaltigen Lebensmitteln vorhanden ist, einen Prozess, der als Maillard-Reaktion bezeichnet wird, die für die braune Farbe, die Kruste und den gerösteten Geschmack von gebackenem oder frittiertem Essen verantwortlich ist und gleichzeitig einige verdächtige Karzinogene wie Acrylamid und einige heterocyclische Amine erzeugt. Vor dem Backen oder Frittieren der Lebensmittel könnte die Zugabe von Asparaginase Asparagin in eine andere häufige Aminosäure, Asparaginsäure, und Ammonium umwandeln. Asparagin kann somit nicht an der Maillard-Reaktion teilnehmen, und folglich wird die Bildung von Acrylamid erheblich kontrolliert. Als Lebensmittelverarbeitungshilfsmittel können Asparaginase effizient den Acrylamidgehalt in verschiedenen stärkehaltigen Lebensmitteln um bis zu 90 % reduzieren, ohne den Geschmack und das Aussehen des Endprodukts zu verändern. Die vollständige Entfernung von Acrylamid ist wahrscheinlich nicht möglich, da es andere geringfügige, asparaginunabhängige Bildungswege gibt.

Nebenwirkungen

Die Hauptnebenwirkung von Asparaginase ist die induzierte allergische oder Überempfindlichkeitsreaktion, die möglicherweise eine Anaphylaxie verursacht. Darüber hinaus wird Asparaginase auch mit Koagulopathie in Verbindung gebracht, da sie die Proteinsynthese, einschließlich der Synthese von Gerinnungsfaktoren und Antikoagulanzfaktoren, hemmt, was zu Blutungen oder thrombotischen Ereignissen wie Schlaganfällen führen kann. Die Unterdrückung des Knochenmarks ist ebenfalls eine häufige Begleiterscheinung, jedoch nur in mildem bis moderatem Maße, selten mit klinischer Bedeutung und therapeutischen Konsequenzen. Eine Pankreatitis ist ebenfalls eine begleitende Nebenwirkung, die hauptsächlich auf die duale Aktivität von L-Asparaginase zurückzuführen ist, da sie auch L-Glutamin in Glutaminsäure und Ammoniak hydrolysieren kann. Weitere häufige Nebenwirkungen, die durch Injektionen verursacht werden, sind Probleme mit der Blutgerinnung, hoher Blutzucker, Nierenprobleme und Leberfunktionsstörungen. Die Anwendung während der Schwangerschaft kann für das Baby schädlich sein. Es wird allgemein als sicher angesehen, als Lebensmittel verwendet zu werden.

Referenz