NOSs

Verwandte Lektüre

Einführung

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein Botenmolekül mit zahlreichen molekularen Zielen. Es kann die Neurotransmission oder den Gefäßtonus, die Gen-Transkription, die mRNA-Translation regulieren und posttranslationalen Modifikationen von Proteinen erzeugen. Die Reaktion von NO und Superoxid-Anion (O₂^-) zur Bildung des potenten Oxidationsmittels Peroxynitrit (ONOO^-) ist ein wichtiger Weg für die Inaktivierung von NO. ONOO^- kann oxidative Schäden, Nitration und S-Nitrosylierung von Biomolekülen, einschließlich Proteinen, Lipiden und DNA, verursachen.

Bei Säugetieren kann NO von drei verschiedenen Isoenzymen der NO-Synthase (NOS; L-Arginin, NADPH: Sauerstoff-Oxidoreduktasen, NO bildend; EC 1.14.13.39) produziert werden. Diese drei Isoenzyme werden als neuronale 'n' NOS (oder NOS I), induzierbare 'i' NOS (oder NOS II) und endotheliale 'e' NOS (oder NOS III) bezeichnet (Abbildung 1).

Abbildung 1. Wichtige Funktionen der verschiedenen NOS-Isoformen (Förstermann, U.; Sessa, W.C. 2012)

Mechanismen der Stickstoffmonoxid-Synthese

Alle NOS-Proteine sind Homodimere (Abbildung 2). L-Arginin ist ein Substrat, das von allen Isoformen der NOS verwendet wird, und molekularer Sauerstoff sowie reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH) werden als Co-Substrate verwendet. Die Kofaktoren aller Isoenzyme sind Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD), Flavin-Mononukleotid (FMN) und (6 R-)5,6,7,8-Tetrahydro-L-Biopterin (BH 4). Ein funktionelles NOS überträgt Elektronen von NADPH auf das Häm im aminoterminalen Oxygenase-Domäne. Die Elektronen im Hämsitz sind verantwortlich für die Reduktion und Aktivierung von O₂ und die Oxidation von L-Arginin zu L-Citrullin und NO.

Das NOS-Enzym durchläuft zwei Schritte, um NO zu synthetisieren. Zuerst hydroxiliert NOS L-Arginin zu N^ω-Hydroxy-L-Arginin. Anschließend oxidiert NOS N^ω-Hydroxy-L-Arginin zu L-Citrullin und NO. Alle Isoformen der NOS binden Calmodulin. Bei nNOS und eNOS wird die Calmodulin-Bindung durch einen Anstieg des intrazellulären Ca²⁺ verursacht. Bei iNOS bindet Calmodulin aufgrund der unterschiedlichen Aminosäurestruktur der Calmodulin-Bindungsstelle bei sehr niedriger Ca²⁺-Konzentration (weniger als 40 nM). Alle NOS-Proteine enthalten ein Zink-Thiolate-Cluster, das aus Zinkionen gebildet wird, wobei Zink eine strukturelle Funktion und keine katalytische Funktion hat.

Abbildung 2. Struktur und katalytische Mechanismen von funktionellem NOS (Förstermann, U.; Sessa, W.C. 2012)

Neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase

Neuronale NOS wird in spezifischen Neuronen des Gehirns exprimiert. Das nNOS im Gehirn existiert in partiellen und löslichen Formen, und die Lokalisation seiner verschiedenen Subzellen hilft ihm, vielfältige Funktionen zu erreichen. Neuronale NOS enthält eine PDZ-Domäne, die direkt mit den PDZ-Domänen anderer Proteine interagieren kann. Diese wichtigen Interaktionen bestimmen die subzelluläre Verteilung und Aktivität der Enzyme. Neben Hirngewebe wurde nNOS auch im Rückenmark, in sympathischen Ganglien, Nebennieren, peripheren nitrergen Nerven, Epithelzellen verschiedener Organe und in Pankreasinseln identifiziert, usw. Bei Säugetieren ist die Skelettmuskulatur die größte Quelle von nNOS.

Fazit

Alle drei NOS-Isoenzyme spielen wichtige regulatorische Funktionen im kardiovaskulären System. Neuronale NOS ist an der zentralen Regulation des Blutdrucks beteiligt, und Nerven, die nNOS enthalten, können bestimmte Gefäßbetten erweitern. Phosphodiesterase-5-Hemmer erfordern mindestens eine Restaktivität von nNOS, um ihre Wirkungen zu entfalten. Studien haben gezeigt, dass induzierbare NOS in atherosklerotischen Plaques exprimiert wird, was darauf hinweist, dass es ein wichtiger Mediator des Blutdruckabfalls bei septischem Schock ist. eNOS hat sehr wichtige Funktionen, zum Beispiel kann es die Gefäßerweiterung aufrechterhalten, den Blutdruck kontrollieren und hat viele andere vasoprotektive und anti-atherosklerotische Effekte. Obwohl es keine Forschung gibt, die beweist, dass eNOS ein "Krankheitsgen" ist, können viele kardiovaskuläre Risikofaktoren eNOS-Entkopplung, oxidativen Stress und vaskuläre Endotheldysfunktion verursachen. Medikamente, die das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System stören, und Statine können verwendet werden, um endothelialen Dysfunktionen vorzubeugen. Zukünftige Forschungen sollten weiter klären, wie diese therapeutischen Mittel die eNOS-Kopplung fördern, wenn der oxidative Stress zunimmt, um andere potenzielle Wege zu entdecken und Einblicke in die vorteilhaften Wirkungen von NO im kardiovaskulären System zu gewinnen.