PNPase

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Purin-Nukleosid-Phosphorylase, abgekürzt PNPase, ist ein Enzym, das am Purinstoffwechsel beteiligt ist. Die Purin-Nukleosid-Phosphorylase kann Adenosin zu Adenin, Inosin zu Hypoxanthin und Guanosin zu Guanin umsetzen und dabei in diesen Reaktionen Ribose-5-phosphat bilden. Es ist zu beachten, dass das Akronym PNPase auch für ein anderes, nicht verwandtes Enzym verwendet wird, die Polynukleotid-Phosphorylase. Patienten mit einem Purin-Nukleosid-Phosphorylase-Mangel weisen eine Immundefizienz auf, und nur T‑Zellen und B‑Zellen im Immunsystem sind von diesem Mangel nicht betroffen. Die humane Purin-Nukleosid-Phosphorylase (PNP) ist ein ubiquitär vorkommendes Enzym, das eine Schlüsselrolle im Purin-Salvage-Pathway spielt. Ein Mangel an humaner PNP kann zu einer beeinträchtigten T‑Zell-Funktion führen und hat in der Regel keinen signifikanten Einfluss auf die B‑Zell-Funktion. PNP ist hochspezifisch für 6‑Oxopurin-Nukleoside, und ihre Aktivität gegenüber 6‑Aminopurin-Nukleosiden ist vernachlässigbar. Die katalytische Effizienz für Inosin ist 350.000‑fach höher als für Adenosin. Adenin-Nukleoside und -Nukleotide werden durch Adenosin-Deaminase und AMP-Deaminase zu den entsprechenden Inosin-Derivaten desaminiert, die anschließend weiter abgebaut werden können.

Abbildung 1. Struktur der PNPase.

Klassifikation

Auf Grundlage der Substratspezifität und des Molekulargewichts von PNP kann PNP aus unterschiedlichen biologischen Quellen in hochmolekulare Homohexamere und niedermolekulare Homotrimere eingeteilt werden. Die meisten bakteriellen PNPs liegen als Hexamere vor; das Molekulargewicht der Untereinheit beträgt 25 kDa, die Substratspezifität ist gering, und Adenosin, Guanosin sowie Inosin können als Substrate akzeptiert werden. Bei Säugetieren und einigen Mikroorganismen (Bacillus cereus, Bacillus stearothmophilus TH 6‑2) liegt PNP als Trimer vor; das Molekulargewicht der Untereinheit beträgt 30–32 kDa, und üblicherweise werden nur Inosin und Guanosin als Substrate akzeptiert. Bei einigen Mikroorganismen, wie Escherichia coli, Bacillus subtilis und Bacillus stearothermophilus, kommen beide PNP-Aggregatformen vor.

Funktionen

Die Purin-Nukleosid-Phosphorylase ist ein Enzym des Purinstoffwechsels. PNP setzt Inosin zu Hypoxanthin und Guanosin zu Guanin um und bildet dabei jeweils Ribosephosphat. Nukleosid-Phosphorylase ist ein Enzym, das Nukleoside durch Phosphorolyse spaltet, indem Ribose phosphoryliert wird, wodurch Nukleobasen und Ribose-1-phosphat entstehen. Es handelt sich um ein Enzym des Nukleotid-Salvage-Pathways. Wenn de-novo-Synthesewege unterbrochen sind oder fehlen (wie im Gehirn), ermöglichen diese Wege der Zelle die Bildung von Monophosphat-Nukleotiden. Üblicherweise wird der de-novo-Weg durch chemotherapeutische Arzneimittel wie Methotrexat oder Methotrexat unterbrochen. Alle Enzyme des Salvage-Pathways benötigen energiereiche Phosphatdonoren, wie ATP oder PRPP. Adenosin nutzt das Enzym Adenosin-Kinase, das ein sehr wichtiges Enzym in Zellen ist. Es wird versucht, Enzyminhibitoren für die Tumorchemotherapie zu entwickeln.

Klinische Bedeutung

PNPase und Adenosin-Deaminase (ADA) spielen gemeinsam eine Schlüsselrolle im Purinabbau, der als Salvage-Pathway bezeichnet wird. Mutationen in ADA können zu einer (d)ATP-Akkumulation führen, wodurch die Ribonukleotid-Reduktase gehemmt wird; dies führt zu einem Mangel an (d)CTP und (d)TTP, was wiederum eine Apoptose von T‑Lymphozyten und B‑Lymphozyten auslöst und zu einem PNP-Mangel führt. Der Patient weist Immundefizienzprobleme auf. Betroffen sind nur T‑Zellen. B‑Zellen sind von Defekten nicht betroffen.

Anwendung

In der In-vitro-Reaktion kann durch Zugabe einer anderen Purinbase oder ihres Analogons ein neues Purin-Nukleosid oder Analogon synthetisiert werden. Dies wird in der mikrobiellen enzymatischen Herstellung von nukleosidischen antiviralen Arzneistoffen breit eingesetzt, z. B. Adenosin-Arabinosid, Ribavirin usw.