Trehalase

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Einleitung

Trehalase ist ein Enzym, das die Hydrolyse von Algenzuckern katalysiert und eine wichtige Rolle in Industrie und Medizin spielt. Trehalase ist eine Form der Glukosidase, wirkt spezifisch auf Algenzucker und spaltet diese in zwei Glukosemoleküle. Sie ist weit verbreitet in Bakterien, Mykobakterien, Pflanzen und Tieren. Beim Menschen lässt sich ihre Aktivität in der α2-Globulin-Fraktion des Plasmas nachweisen, zudem in Niere, Darm, Leber, Galle und Urin; besonders ausgeprägt ist die Aktivität in der Niere.

Abbildung 1. Struktur der Trehalase.

Physikochemische Eigenschaften

• Trehalase ist ein extrazelluläres Enzym, das am Bürstensaum (Brush Border) der Epithelzellmembranen von Säugetierniere und Dünndarm lokalisiert ist und zur Klasse der hydrolytischen Enzyme gehört. Es katalysiert die Hydrolyse eines Moleküls Alglucan zu zwei Molekülen Glukose; die Substratspezifität ist hoch.
• Der isoelektrische Punkt der Trehalase beträgt 4,37; bei pH 7,4 in physiologischen Körperflüssigkeiten weist sie eine ausgeprägte negative Ladung auf.
• Das Enzym wurde aus Säugetierniere gereinigt und zeigte in der SDS-PAGE ein Molekularband von 75 kDa.
• Trehalase-cDNA wurde aus Kaninchen-, Human- und Mausgeweben isoliert. Die vollständige Sequenz der humanen Trehalase-cDNA zeigt, dass das Enzym aus 583 Aminosäureresten besteht, am Aminoterminus ein typisches abspaltbares Signalpeptid aus 19 Aminosäureresten enthält sowie fünf potenzielle Glykosylierungsstellen und eine hydrophobe Region am Carboxylterminus aufweist.

Biologische Eigenschaften

Die im Darm durch die trehalasevermittelte Hydrolyse von Alglucan gebildete Glukose kann resorbiert und als Energiequelle genutzt werden. Bei Patientinnen und Patienten mit Trehalase-Mangel wurde nach dem Verzehr von Pilzen mit hohem Alglucan-Gehalt Diarrhö beschrieben, während die Funktion der renalen Trehalase derzeit ungeklärt ist. Eine erhöhte Trehalase-Aktivität im Urin wurde mit proximalen Tubulusschäden und bestimmten Formen von Nierenerkrankungen in Zusammenhang gebracht.

Anwendungsperspektiven

Neuere Studien zeigen, dass tubulointerstitielle Schäden der Niere der wesentliche Determinant einer renalen Dekompensation sind und dass insbesondere Läsionen des proximalen Tubulus eine wichtige Ursache der Verschlechterung der Nierenfunktion darstellen. Die frühzeitige Erkennung tubulärer Schäden ist der Schlüssel für Diagnostik und Therapie bei Manganbetten. Urinäre Trehalase besitzt einen frühen, spezifischen und sensitiven diagnostischen Wert bei proximalen Tubulusschäden, wurde jedoch bislang in inländischen Laboren nicht geprüft und bietet ein großes klinisches Anwendungspotenzial. Derzeitige Priorität ist die Herstellung und Aufreinigung rekombinanter humaner Trehalase mittels molekularbiologischer Verfahren, anschließend die Generierung eines anti-Trehalase-Monoklonalantikörpers und die Etablierung eines schnellen und effizienten ELISA, sodass die Trehalase-Bestimmung breit in der klinischen Labordiagnostik eingesetzt und die klinische Diagnosestellung besser unterstützt werden kann.

Klinische Anwendungen

• Akute und chronische glomeruläre Erkrankungen

Die Trehalase-Aktivität im Urin war bei Patientinnen und Patienten mit chronischer Glomerulonephritis, nephrotischem Syndrom und chronischem Nierenversagen erhöht. Die mittels ELISA gemessene Konzentration des Trehalase-Proteins im Urin lag 6,2- bis 200-fach über der der Kontrollgruppe.

• Tubulointerstitielle Nierenerkrankungen

Bei renaler tubulärer Azidose, infektiöser oder medikamenteninduzierter interstitieller Nephritis, Abstoßung nach Nierentransplantation sowie weiteren Erkrankungen mit Schädigung der Nierentubuli, insbesondere des proximalen Tubulus, kann die Bestimmung der Trehalase im Urin als sensitiver und spezifischer Marker zur Unterstützung der Diagnosestellung, zur Verlaufsbeobachtung und zur Prognoseabschätzung eingesetzt werden.

• Genetische Erkrankungen

Das Lowe-Syndrom ist eine X-chromosomal rezessive Erkrankung, bei der die Trehalase-Proteinspiegel im Urin bei Betroffenen 200-fach höher sind als bei Kontrollen. Die infantile polyzystische Nierenerkrankung ist autosomal rezessiv; bei Feten mit dieser Erkrankung ist der Trehalase-Spiegel im Fruchtwasser signifikant erhöht. Die Bestimmung dieses Enzyms kann zur Frühdiagnostik und zur eugenischen Beratung beitragen.