Monoaminoxidase

Monoaminoxidase (MAO) (EC 1.4.3.4) ist eine Klasse von Flavoenzymen, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Aminen zu katalysieren, darunter die Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin, Serotonin (5‑HT) sowie Tyramin, Phenylethylamin (PEA) und einige exogene Amine, einschließlich des Neurotoxins 1‑Methyl‑4‑phenyl‑1,2,3,6‑tetrahydropyridin (MPTP). Derzeit sind zwei Isoenzyme bekannt: MAO‑A und MAO‑B. Diese Enzyme lassen sich aufgrund selektiver Unterschiede hinsichtlich Substrat- und Inhibitorprofilen gut unterscheiden. MAO‑A kann durch niedrige Konzentrationen von Chlorocillin gehemmt werden und katalysiert bevorzugt 5‑HT und Noradrenalin. MAO‑B katalysiert selektiv Phenylethylamin (PEA) und Benzylamin und wird durch (R)‑Selegilin gehemmt. Tyramin, Dopamin und Tryptamin dienen als Substrate für beide Enzyme.

Verteilung

MAO ist in Geweben und Organen des Körpers weit verbreitet, insbesondere in Leber, Niere, Magen sowie Dünndarm. Sie ist überwiegend an der äußeren Oberfläche der Mitochondrienmembran lokalisiert und fest an die Membran gebunden. Flavinadenindinukleotid (FAD) dient als Coenzym. Ein weiterer Typ kommt im Bindegewebe vor, ohne FAD, wobei Pyridoxalphosphat als Coenzym fungiert. Die MAO‑Aktivität im Gehirngewebe nimmt mit dem Alter zu; zudem steigt sie in Gliazellen an. MAO kann Katecholaminhormone abbauen und spiegelt indirekt die sympathische Nervenfunktion des Herzens wider. Es wurde bestätigt, dass sich die relativen Molekülmassen von MAO aus unterschiedlichen Quellen deutlich unterscheiden: etwa 100.000 bei der kleineren und mehr als 1.000.000 bei der größeren Form.

Katalytischer Mechanismus

Studien haben gezeigt, dass die Aminosäurereste His382 und Thr158 in MAO‑B für die Katalyse essenziell sind, während Phe208 in MAO‑A und Ile199 in MAO‑B die Substratspezifität bestimmen. Die Datenlage weist darauf hin, dass im aktiven Zentrum der MAO zudem ein Cysteinrest vorhanden ist, der ebenfalls mit der Katalyse in Zusammenhang stehen könnte. Derzeit werden drei Ansätze für den katalytischen Mechanismus diskutiert: Single‑Electron‑Transfer (SET), Wasserstoffatomtransfer (HAT) sowie nukleophile bzw. bipolare Mechanismen.

Nachweismethoden

Aldehyd‑Benzochinon‑kolorimetrische Methode: Bei dieser Methode entsteht unter alkalischen Bedingungen durch MAO‑Oxidation von Benzylamin und die Bildung von Aldehydazin mit 2,4‑Dinitrophenylhydrazin eine bräunlich‑rote Färbung. Die kolorimetrische Bestimmung erfolgt bei 470 nm zur Berechnung der MAO‑Konzentration.

MCDP‑kolorimetrische Methode: Bei dieser Methode wird durch MAO‑Oxidation von Benzylamin Wasserstoffperoxid gebildet. Wasserstoffperoxid reagiert in Gegenwart von Peroxidase mit MCDP unter Bildung von gefärbtem Methylenblau. Die kolorimetrische Bestimmung erfolgt bei 660 nm zur Berechnung der MAO‑Konzentration. Vor der Messung ist die Zugabe einer Stopplösung erforderlich; daher ist die Methode für die Untersuchung großer Probenzahlen weniger geeignet.

Kontinuierliche Monitoring‑Methode: Bei dieser Methode katalysiert MAO Benzylamin unter Bildung von Ammoniak. Ammoniak bildet in Gegenwart von α‑Ketoglutarat, NADPH und GLDH Glutaminsäure; dabei wird NADPH zu NADP+ oxidiert, was zu einer Abnahme der Absorption bei 340 nm führt. Durch Überwachung der Abnahmerate lässt sich die MAO‑Aktivität in der Probe bestimmen. Diese Methode ist schnell, einfach und für automatisierte Analysen geeignet. Sie reduziert Anwenderfehler, weist eine gute Richtigkeit und Präzision auf und ist für die meisten Anwendungen in klinischen Laboratorien geeignet.

Klinische Anwendungen

Das Aktivitätsniveau der Serum‑Monoaminoxidase kann den Grad der Leberfibrose widerspiegeln und ist ein wichtiger Indikator für die Diagnostik der Leberzirrhose. Die Positivrate einer erhöhten MAO‑Aktivität bei Patienten mit Leberzirrhose lag bei über 80 %, wobei der höchste Wert bis zum 3,5‑Fachen des Kontrollwerts reichte. Bei Patienten mit verschiedenen Hepatitisformen in der Akutphase war die MAO‑Aktivität überwiegend nicht erhöht; bei fulminanter schwerer Hepatitis führt jedoch die Hepatozytennekrose zur Freisetzung großer MAO‑Mengen aus den Mitochondrien, was eine erhöhte MAO‑Aktivität mit einer Positivrate von 73,3 % zur Folge hat. Das Ausmaß der Erhöhung korrelierte positiv mit dem Schweregrad der Erkrankung. Zwischen Patienten mit Hepatitis und Zirrhose bestanden signifikante Unterschiede der MAO‑Aktivität, während zwischen den verschiedenen Hepatitisformen keine signifikanten Unterschiede festgestellt wurden. Diabetes mellitus und kongestive Herzinsuffizienz können sekundär zu einer Leberfibrose infolge Leberstauung führen und ebenfalls mit einer erhöhten MAO‑Aktivität beim Menschen einhergehen. Eine Hyperthyreose kann aufgrund von Abbau und Synthese von fibrösem Gewebe, Akromegalie aufgrund übermäßiger Fasersynthese und aus weiteren Gründen zu unterschiedlich ausgeprägten Erhöhungen der MAO‑Aktivität führen. Bei einigen Patienten mit Bindegewebserkrankungen ohne Faserproliferation ist die MAO‑Aktivität nicht erhöht. Bei Patienten mit primärem Leberkarzinom, sekundärem Leberkarzinom, Teratom, biliärer Zirrhose, Schistosomiasis‑Zirrhose sowie chronischer cholestatischer Serohepatitis zeigte sich keine Veränderung der MAO‑Aktivität.