PLA1

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Einleitung

Phospholipasen umfassen eine Vielzahl von Enzymen, die sich hinsichtlich Struktur und Funktion deutlich unterscheiden und Phospholipid(PL)-Substrate an spezifischen Esterbindungen hydrolysieren können. Grundsätzlich werden zwei Hauptgruppen von Phospholipasen unterschieden, nämlich Acylhydrolasen und Phosphodiesterasen; die Enzyme innerhalb jeder Gruppe werden anschließend nach ihrer spezifischen Spaltung der Esterbindung klassifiziert. Die Acylhydrolasen umfassen Phospholipase A1 (PLA1), Phospholipase A2 (PLA2), Phospholipase B (PLB) und Lysophospholipase A1/2 (LysoPLA1/2), während die Phosphodiesterasen durch Phospholipase C (PLC) und Phospholipase D (PLD) repräsentiert werden. Phospholipasen kommen in nahezu allen Zellen vor, und die meisten Zellen enthalten mehrere Phospholipase-Typen. Eine bestimmte PL-Esterbindung kann durch verschiedene spezifische Phospholipase-Subtypen katalysiert werden; diese können in sezernierter, membranassoziierter oder zytoplasmatischer Form vorliegen. Die physiologische Relevanz von Phospholipasen lässt sich drei allgemeinen Funktionen zuordnen: (1) Sie können als Verdauungsenzyme wirken; (2) sie können eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung und dem Remodeling von Membranen spielen; (3) sie können zentrale zelluläre Mechanismen regulieren. Unter diesen Phospholipasen sind PLA2, PLC und PLD am umfassendsten untersucht; sie spielen sämtlich eine wichtige Rolle bei der Bildung biologisch aktiver Lipidmoleküle.

Abbildung 1. Esterbindungsspezifität der Phospholipasen. PLA1, PLA2 und PLC katalysieren die Hydrolyse der Esterbindung, die vom sn-1(1)-, sn-2(2)- bzw. sn-3(3)-Kohlenstoff ausgeht (Richmond, G.S.; Smith, T.K. 2011)

Phospholipase A1

PLA1 (EC 3.1.1.32) katalysiert die Hydrolyse von Fettsäuren (FA) an der sn-1-Position von PLs und erzeugt dabei eine freie Fettsäure (FFA) sowie ein Lysophospholipid (LysoPL). Für PLA1 liegt bislang keine Kristallstruktur vor, sodass zahlreiche relevante Informationen weiterhin unbekannt sind. Der Synthese- und Regulationsmechanismus von LysoPLs ist noch nicht vollständig aufgeklärt; dies ist ein wesentlicher Grund dafür, dass PLA1 intensiv untersucht wird, da sie an deren Bildung beteiligt sein könnte. Das Fettsäure-Produkt einer PLA1-Reaktion besitzt potenziell biologische Aktivität; dies wurde in Pflanzen bestätigt, wo PLA1 die Biosynthese von Jasmonsäure reguliert. Darüber hinaus wird seit Jahrzehnten die Hypothese vertreten, dass die Abspaltung von sn-2-Arachidonsäure (AA) aus PLs in bestimmten Fällen durch das konzertierte, sequenzielle Zusammenwirken von PLA1- und LysoPLA2-Aktivitäten vermittelt werden könnte. Kein kloniertes PLA1-Enzym ist mit diesem alternativen Weg assoziiert; die Evidenz stützt sich daher lediglich indirekt auf in vitro-Studien und ist entsprechend als circumstantiell zu bewerten.

Bereits vor mehr als hundert Jahren wurde bei der Inkubation von Pankreassaft mit Phosphatidylcholin (PC) eine Akkumulation von FFA beobachtet, sodass die Existenz von Enzymen postuliert wurde, die für die Freisetzung dieser Säuren verantwortlich sind. Die frühe Forschung zu PLA konzentrierte sich überwiegend auf PLA2. Der Begriff Phospholipase vom Typ A ist jedoch mit jenen Enzymen verknüpft, die Fettsäuren aus PL abspalten; die Bezeichnungen A1 und A2 werden verwendet, um die Acylhydrolyse aus der sn-1- bzw. sn-2-Position des Glycerolanteils zu kennzeichnen. In der Folge wurde PLA-Aktivität in zahlreichen Organismen und Geweben nachgewiesen, was den Weg für die Annahme ebnete, dass diese Enzyme nicht lediglich als Verdauungskatalysatoren fungieren.

Abbildung 2. Regulatorische Prozesse im Zusammenhang mit dem PL-Metabolismus (Richmond, G.S.; Smith, T.K. 2011)

Klassifizierung der Phospholipase A1

PLA1 hydrolysiert spezifisch sn-1-Acylester von PLs und bildet dabei FFAs und LysoPLs. Viele PLA1-Enzyme zeigen jedoch zusätzlich eine gewisse, in der Regel deutlich geringere, LysoPLA-Aktivität sowie eine Neutral-Lipase-Aktivität; die Spaltung an der sn-1-Position bleibt dabei dennoch bevorzugt. Daher werden Enzyme mit hoher PLA1-Aktivität im Verhältnis zu LysoPLA- und Neutral-Lipase-Aktivität als „echte“ PLA1-Enzyme angesehen. Da es nicht möglich ist, präzise zu bestimmen, welche Enzymaktivitäten vorliegen und wie einzelne Enzymaktivitäten eindeutig voneinander abzugrenzen sind, weisen frühe Studien, die auf dem Nachweis von PLA-Aktivität aus rohen Gewebe- oder subzellulären Fraktionen basieren, methodische Limitationen auf. PLA1 ist – im Gegensatz zu anderen Haupt-Phospholipasen – nicht offiziell klassifiziert. Das wesentliche Hindernis war das Fehlen verfügbarer Sequenzen, da bislang nur ein relativ kleiner Anteil der PLA1-Enzyme kloniert wurde. Ein konstantes Merkmal von PLA1 scheint das in der Peptidsequenz enthaltene, mit Lipasen geteilte Motiv zu sein. Das verbreitete GXSXG-Motiv umfasst das katalytische Serin im aktiven Zentrum, das als Bestandteil der katalytischen Triade fungiert.