Chondroitinase C

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Einleitung

Eine Chondroitinase, die auf Chondroitinsulfat C und Hyaluronsäure wirkt, wurde aus Flavobacterium heparinum isoliert. Dieses Enzym wurde von der konstitutiven Chondroitinase AC sowie einer induzierbaren Chondroitinase B getrennt, die ebenfalls in Extrakten von F. heparinum nachweisbar sind, wenn die Bakterien zuvor in Gegenwart von Chondroitinsulfaten A, B oder C kultiviert wurden. Das Enzym wirkt auf Chondroitinsulfat C unter Bildung eines Tetrasaccharids sowie eines ungesättigten 6-sulfatierten Disaccharids (Delta Di-6S) und auf Hyaluronsäure unter Bildung eines ungesättigten, nicht sulfatierten Disaccharids (Delta Di-0S). Chondroitinsulfat A wird ebenfalls abgebaut, wobei Oligosaccharide und Delta Di-6S entstehen, jedoch nicht Delta Di-4S. Die Chondroitinase C unterscheidet sich zudem von den Chondroitinasen B und AC durch mehrere Eigenschaften, wie z. B. den Einfluss von Ionen, die Temperatur für die optimale Aktivität und die Empfindlichkeit gegenüber steigenden Salzkonzentrationen. Die Substratspezifität der Chondroitinase C unterscheidet sich von der aller bislang beschriebenen Chondroitinasen oder Hyaluronidasen.

Funktionen

Chondroitinase C baut spezifisch die Glykosaminoglykane in Komponenten der extrazellulären Matrix ab; als Produkt entsteht ein ungesättigtes Disaccharid, wodurch das Enzym als Werkzeugenzym zur Untersuchung der Struktur von Glykosaminoglykanen dient. Chondroitinsulfat-Lyase hat mehrere wichtige Anwendungen. In der Grundlagenforschung wird sie zur Erstellung von Genbibliotheken aus Disacchariden und Oligosacchariden, zur Identifizierung von Isotopen von Chondroitinsulfat sowie zur Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Glykosaminoglykanen eingesetzt. Im Bereich klinischer Anwendungen war die Forschung in den letzten Jahren sehr aktiv, einschließlich der Prävention und Behandlung von Erkrankungen im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel der extrazellulären Matrix, wie z. B. Makrosomie, sowie der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Glykosaminoglykanen und Tumorentstehung; zudem wird sie als Ersatz für Kollagenase und Papain bei der chemischen Myelolyse untersucht.

Physiologische Funktionen

Chondroitinase C hydrolysiert spezifisch das Chondroitinsulfat-Proteoglykan, dem eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des gelartigen Zustands des Glaskörpers zugeschrieben wird, während es zugleich an der molekularen Adhäsion an der vitreoretinalen Grenzfläche beteiligt ist.

Herstellung

Derzeit besteht in der pharmazeutischen Industrie und im Gesundheitssektor eine hohe Nachfrage nach niedermolekularer Chondroitinase C, die mittels Säurehydrolyse, Ionenaustausch und enzymatischer Spaltung hergestellt wird. Die ersten beiden Verfahren erfordern komplexere Versuchsausrüstung, sind schwieriger zu steuern und führen zu Umweltbelastungen sowie hohen Herstellungskosten. Das Verfahren der enzymatischen Spaltung bietet demgegenüber Vorteile hinsichtlich einfacher Prozesskontrolle, einfacher Anlagentechnik und niedriger Produktionskosten.

Chondroitinsulfat-ABC-Enzym

Das ABC-Enzym baut Chondroitinsulfat A, Chondroitinsulfat B (Dermatansulfat) und Chondroitinsulfat C ab. Dieses Enzym wirkt auf die β1-4-Glykosidbindungen zwischen den Disaccharid-Wiederholungseinheiten und spaltet diese über einen β-Eliminationsmechanismus. Die Produkte der Abbaureaktion sind Oligosaccharide, überwiegend ungesättigte Disaccharide. Chondroitinsulfat kann durch Messung des ungesättigten Disaccharid-Produkts quantifiziert werden.

Ausblick

Chondroitinase C könnte ein geeigneter Wirkstoffkandidat sein. Die biologische Aktivität der Chondroitinase beruht auf ihrer Fähigkeit, auf Chondroitinsulfat-Proteoglykane (CSPGs) einzuwirken. CSPGs sind für die normale Funktion des Körpers erforderlich. Eine Erhöhung oder Verringerung des CSPG-Spiegels führt zu verschiedenen pathologischen Zuständen. Chondroitinase ist bei Indikationen nützlich, bei denen ein erhöhter CSPG-Spiegel vorliegt, insbesondere bei Rückenmarksverletzungen, vitreoretinalen Adhäsionen und Krebs. Es besteht Bedarf an Forschung zur Entwicklung geeigneter Trägersysteme für die Applikation von Chondroitinase, damit die in vitro und in präklinischen Studien beobachtete pharmakologische Aktivität in die klinische Anwendung überführt werden kann. Darüber hinaus sollten weitere Untersuchungen zur Verteilung von Chondroitinasen fokussiert werden, um Chondroitinasen mit den gewünschten Eigenschaften zu identifizieren.