Diaminoxidase

Die Diaminoxidase (EC 1.4.3.6) ist ein Enzym, das die Oxidation von Histamin, Putrescin, Ethylendiamin und anderen Diaminen zu Aldehyden katalysiert. Diaminoxidase ist ein hochaktives intrazelluläres Enzym in den submukosalen Zotten des Dünndarms von Menschen und Säugetieren und spielt eine wichtige Rolle im Histamin- und Polyaminstoffwechsel. Ihre Aktivität ist eng mit der Nukleinsäure- und Proteinsynthese in Mukosazellen verknüpft und kann die Integrität sowie das Ausmaß der Schädigung der mechanischen Darmbarriere widerspiegeln. Das Enzym kann nicht nur Histamin, sondern auch Amine abbauen, die durch Aminosäuredecarboxylierung in der intestinalen Mukosa entstehen, und übernimmt damit eine Entgiftungsfunktion. Die Enzymaktivität kann durch Carbonylreagenzien wie Cyanid, Hydroxylamin, Semicarbazid u. a. gehemmt werden.

Verteilung

Diaminoxidase ist weit verbreitet in tierischen Geweben (Darmmukosa, Lunge, Leber, Niere usw.), pflanzlichen Geweben und Mikroorganismen. Im Unterschied zur Monoaminoxidase ist die Diaminoxidase in tierischen Geweben wasserlöslich und liegt im Überstand des Homogenats vor. In hochgereinigter renaler Diaminoxidase ist das Coenzym Pyridoxal-5′-phosphat enthalten. Diaminoxidase wurde aus dem Plasma von Wiederkäuern kristallisiert; sie oxidiert Benzylamin und Spermin effizient und enthält Kupfer sowie Pyridoxal-5′-phosphat. Pflanzliche Diaminoxidase oxidiert ebenfalls Monoamine gut, enthält Kupfer und zeigt eine rosafarbene Färbung. Mikrobielle Diaminoxidase weist ebenfalls eine hohe Substratspezifität auf und kann induzierbar gebildet werden.

Struktur

Die humane Diaminoxidase ist ein Homodimer aus zwei 85-kDa-Untereinheiten (A und B). In der asymmetrischen Einheit ist ein Homodimer vorhanden. Für einen zusätzlichen Rest am N-Terminus von Kette B ist nur eine sehr schwache Elektronendichte erkennbar. Die fehlenden Reste am N-Terminus umfassen das 19 Aminosäuren lange Signalpeptid, das aus dem Konstrukt entfernt wurde. Am C-Terminus des reifen Proteins fehlen keine Reste. Die humane Diaminoxidase besitzt die archetypische CAO-Faltung (kupferhaltige Aminoxidasen), die aus drei Domänen (D2, D3 und D4) jeder Untereinheit besteht, welche zusammen die „Pilzkappe“ bilden. Die D1-Domäne ist ein einzigartiges Merkmal des E.-coli-Enzyms unter den strukturell charakterisierten Enzymen. Die Dimer-Grenzfläche wird durch Reste aus den D4-Einheiten gebildet, die zentral einen Ring (Annulus) formen, sowie durch ausgedehnte Kontaktflächen, die durch „Arme“ entstehen, welche von einer Untereinheit zur anderen reichen. Die Domänen D2 und D3 liegen an der Peripherie der Kappe. D2 und D3 sind über einen kurzen Linker aus 8 Resten verbunden. Beide Domänen sind ähnlich lang und bestehen aus einem viersträngigen β-Faltblatt und drei α-Helices. Eine mäandrierende Linkerregion aus 51 Resten überbrückt die Struktur von einer Seite zur anderen und verbindet D3 mit D4; sie verläuft unterhalb des Zentrums der beiden D4-Domänen, bevor sie in das größere der beiden zentralen β-Faltblätter einmündet, die die Domäne D4 beginnen. Die größte Domäne, D4, enthält das aktive Zentrum sowie die hervorstehenden Arme, die die Untereinheiten verbinden. Arm 1, der sogenannte „obere Arm“, ist eine verlängerte β-Haarnadel. Der „untere Arm“ besteht aus einem viersträngigen β-Faltblatt, das aus Resten zweier Abschnitte der Polypeptidkette zusammengesetzt ist. Jede der D4-Untereinheiten wird von einem zentralen β-Sandwich dominiert, das aus verdrillten β-Faltblättern mit 8 bzw. 6 Strängen besteht. Das aktive Zentrum jeder Untereinheit befindet sich zwischen diesen β-Faltblättern und in Richtung ihres Randes, wobei beide Strukturelemente zum aktiven Zentrum beitragen.

Abbildung 1. Struktur der humanen Diaminoxidase. (Mcgrath A.P. et al. 2009)

Funktion

Die Expression der Diaminoxidase ist im Verdauungstrakt und in der Plazenta am höchsten. Beim Menschen exprimieren extravillöse Trophoblastenzellen in der Plazenta Diaminoxidase und sezernieren sie in das Blut schwangerer Frauen. Ein Abfall der Diaminoxidase im mütterlichen Blut in der Frühschwangerschaft kann ein Indikator für trophoblastäre Schwangerschaftserkrankungen wie eine früh einsetzende Präeklampsie sein. Unter normalen Bedingungen ist Diaminoxidase im menschlichen Blutkreislauf nicht vorhanden oder nur in sehr geringen Mengen nachweisbar; ein Anstieg bei Schwangeren deutet jedoch darauf hin, dass es sich um einen Schutzmechanismus gegen schädliche Histaminwirkungen handelt. Diaminoxidase wird auch von Eosinophilen sezerniert. Bei einem Mangel an Diaminoxidase im menschlichen Körper wird sie freigesetzt.

Anwendung

Unter normalen Bedingungen ist die Diaminoxidase-Aktivität im Plasma sehr niedrig, steigt jedoch nach intravenöser Heparin-Injektion signifikant an. An der basolateralen Seite der Zellen befinden sich Heparin-Zelloberflächenrezeptoren mit hoher Affinität zu Heparin; Heparin kann Diaminoxidase aus Endothelzellen der Mikrovaskulatur des Dünndarms freisetzen. Diaminoxidase im Blut wird über die Pfortader rasch von der Leber aufgenommen und eliminiert und in inaktiver Form über Urin und Galle ausgeschieden. Bei eingeschränkter Leberfunktion sind Aufnahme und Clearance der Diaminoxidase vermindert, was die Aussagekraft des Diaminoxidase-Wertes beeinträchtigt und zu erhöhten Serumspiegeln führen kann. Die Leberfunktion der Probanden wurde bestimmt, und die Diaminoxidase-Aktivität nahm vom Duodenum zum Ileum hin progressiv zu. Der Diaminoxidase-Wert nach Heparin zeigte eine Korrelation mit Dünndarmschädigungen, akuter Gastroenteritis, Strahlenenteritis, intestinaler Mukosaatrophie und Dünndarmischämie.

Erkrankungen der intestinalen Mukosa führen häufig zu einer Abnahme des Diaminoxidase-Gehalts. Der wesentliche Mechanismus für die Abnahme der Diaminoxidase ist eine Läsion der Dünndarmmukosa, die die Zahl der Dünndarmzellen reduziert, die Synthese der Diaminoxidase beeinträchtigt, den Abbau der Diaminoxidase fördert und den Transport der Diaminoxidase zu Endothelzellen sowie deren Speicherung in Endothelzellen vermindert. Daher kann die Diaminoxidase-Aktivität in Gewebe oder Serum als nützlicher Marker zur Beurteilung von Dünndarmerkrankungen herangezogen werden.

Literatur