Enolase

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Enolase ist ein Schlüsselenzym der Glykolyse und gehört zu einer neuen Art von Oberflächenprotein. Es hat keinen klassischen Oberflächen-Transportmechanismus, sondern wird durch einen unbekannten Mechanismus an der Zelloberfläche transportiert. Enolase ist ein multifunktionales Protein, dessen Fähigkeit, als Plasminogen-Rezeptor an der Oberfläche verschiedener hämatopoetischer, epithelialer und endothelialer Zellen zu wirken, darauf hindeutet, dass es eine wichtige Rolle im fibrinolytischen System in und um Blutgefäße spielen könnte. Erst kürzlich wurde seine Rolle bei systemischen und aggressiven Autoimmunerkrankungen erkannt. Neben dieser Eigenschaft hat es auch die Funktion eines Hitzeschockproteins und die Fähigkeit, an das Zytoskelett und die Chromatinstruktur zu binden, was darauf hindeutet, dass Enolase eine entscheidende Rolle bei der Transkription und verschiedenen pathophysiologischen Prozessen spielen könnte.

Abbildung 1. Struktur von Enolase

Einführungen

Glykolytische Enzyme (einschließlich α-Enolase) werden als "langweilige" Enzyme betrachtet, da sie seit Millionen von Jahren konserviert sind. Sie werden als Enzyme bezeichnet, die keine komplexen regulatorischen Eigenschaften aufweisen, und während die Konzentration im stationären Zustand als Reaktion auf andere regulatorische Einflüsse schwankt, wenden sie das Substrat in beide Richtungen an. Trotz dieser langweiligen Haltung könnten diese Enzyme die am besten charakterisierten Proteine sein, und ihre detaillierte strukturelle Analyse bietet eine solide Grundlage für das Verständnis bestimmter grundlegender Aspekte der Biochemie (insbesondere der Evolution der Glykolyse und des Lebensprozesses selbst). Die neuesten Erkenntnisse deuten darauf hin, dass diese Enzyme neben den angeborenen Glykolysefunktionen eine Vielzahl von Funktionen haben und wichtige Rollen in mehreren biologischen und pathophysiologischen Prozessen spielen. Dies erfordert von uns, sie als alte Proteine mit neuen Gesichtern zu betrachten.

Abbildung 2. Enolase, N-terminale Domäne.

Eigenschaften und Verteilung

Enolase ist eines der am häufigsten vorkommenden zytoplasmatischen Proteine, das in vielen Organismen exprimiert wird. Kürzlich wurde es auch an der Oberfläche von Zellen gefunden. Bei Wirbeltieren existiert das Enzym in Form von drei Isoenzymen: α-Enolase kommt in vielen Geweben, einschließlich der Leber, vor, während β-Enolase fast ausschließlich im Muskelgewebe vorkommt, während γ-Enolase in Neuronen und neuroendokrinen Geweben vorhanden ist. Alle Enolase-Enzyme bestehen aus zwei identischen Untereinheiten mit einem Molekulargewicht zwischen 82.000-100.000 Da. Bei Säugetieren und Menschen gibt es drei unabhängige genetische Loci a, b und g, die drei Isoenzyme kodieren. Mehrere frühere Studien haben aus ihren chromatographischen und immunologischen Untersuchungen festgestellt, dass neuronenspezifische Enolase in Form von Heterodimeren existieren kann, wie aa, ab, bb, ag und gg. Bisher wurde kein bg-Heterodimer-Isoenzym gefunden, obwohl es experimentell von seinem einzelnen Homodimer-Gegenstück isoliert wurde.

Metallionen und Enolase-Aktivität

Die Metallionenanforderungen von Enzymen wurden erstmals von Warburg und Christian sowie Utter und Werkman beobachtet. Allerdings hat nur die erste Gruppe Enolase aus Hefe zuerst gereinigt und kristallisiert und kinetische Studien durchgeführt. Seitdem haben mehrere Gruppen die Bedeutung und den Mechanismus der Metallionaktivierung von Enolase untersucht. Mit Hilfe von Gleichgewichts-Dialyse- und Elektronenspinresonanz-Messverfahren wurden insgesamt sechs zweiwertige Metallionen (Magnesium, Mangan, Zink, Cadmium, Kobalt und Nickel) bestimmt. Es wurde festgestellt, dass sie Enolase aktivieren. Unter ihnen ist Magnesium zwar ein natürlich vorkommender Metallaktivator, jedoch ist die Bindung von Enolase an Magnesium viel schwächer als die von Zink.

Klinische Bedeutung

In jüngsten medizinischen Experimenten wurde die Konzentration von Enolase gemessen, um bestimmte Krankheiten und deren Schwere zu diagnostizieren. Zum Beispiel ist eine höhere Konzentration von Enolase in der cerebrospinalen Flüssigkeit im Vergleich zu anderen Testenzymen (Aldolase, Pyruvatkinase, Kreatinkinase und Laktatdehydrogenase) stärker mit niedriggradigem Astrozytom assoziiert. Dieselbe Studie zeigte, dass Patienten mit den höchsten Enolase-Werten in der cerebrospinalen Flüssigkeit Tumore am schnellsten entwickelten. Bei jüngsten Patienten mit Myokardinfarkt oder zerebrovaskulärem Unfall wurden ebenfalls erhöhte Enolase-Werte festgestellt. Es wird angenommen, dass die Werte von CSF-neuronenspezifischer Enolase, Serum-NSE und Kreatinkinase (Typ BB) in der prognostischen Bewertung von Patienten mit Herzstillstand indikativ sind. Andere Studien haben sich auf den prognostischen Wert von NSE für Opfer von zerebrovaskulären Unfällen konzentriert.