Tryptase

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Seit den 1970er-Jahren wird Trypsin zur Anfärbung von Mastzellen (MC) mittels enzymatischer Gewebefärbung eingesetzt; dabei zeigte sich, dass MC anfärbbar sind, was darauf hindeutet, dass MC trypsinaktive Substanzen enthalten müssen. 1981 reinigten Schwartz et al. dieses Enzym weiter und stellten fest, dass es von MC freigesetzt wird und dass mehr als 90 % der Aktivität auf ein Enzym zurückzuführen sind; es wurde daher als Tryptase bezeichnet. Miller et al. klonierten 1989 den ersten Typ der Trypsin-cDNA; später wurden mehrere trypsinähnliche Proteasen kloniert. Tryptase wird auf cDNA- und Proteinebene in drei Kategorien unterteilt: α, β und γ, wobei β am häufigsten vorkommt. Jedes Tryptase-Gen enthält 6 Exons und 5 Introns und kodiert eine 30 Aminosäuren lange Leader-Sequenz sowie eine 245 Aminosäuren umfassende aktive Domäne. Aus der Aminosäuresequenz abgeleitet weisen α‑Tryptase und β‑Tryptase eine Homologie von 90 % auf. Der Hauptunterschied besteht darin, dass an den Positionen −3 und 215 bei der β‑Tryptase Arginin bzw. Glycin vorliegen, während es bei der α‑Tryptase Glutamin bzw. Asparaginsäure sind. Diese strukturellen Unterschiede bedingen Unterschiede in der enzymatischen Aktivität.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Tryptase.

Struktur

Pereira et al. zeigten, dass die Kristallstruktur der humanen β‑Tryptase ein zyklisches Homotetramer ist und der Kristall aus vier Monomeren besteht. Die vier Monomere besitzen jeweils ein aktives Zentrum an den vier Ecken, die auf eine relativ enge zentrale Öffnung (50 Å × 30 Å) ausgerichtet sind, was die Wirkung mehrerer Inhibitoren verhindert. α‑Tryptase ist eine inaktive tetramere Struktur und liegt nur als Monomerform vor. β‑Tryptase und γ‑Tryptase sind strukturell ähnlich, wobei lediglich ein C‑terminaler hydrophober Schwanz fehlt.

Die Rolle der Tryptase bei der Förderung von Angiogenese und Tumor

Es ist anerkannt, dass Angiogenese eng mit dem Tumorwachstum verbunden ist. Experimente zeigen, dass MC Angiopoietin enthalten und dass dieses zusammen mit Tryptase die Proliferation vaskulärer Endothelzellen induzieren kann. Tryptase kann die Bindegewebsmatrix abbauen und ausreichend Raum für das Wachstum von Tumorgefäßen schaffen und dadurch Entstehung und Progression von Tumoren fördern. Es wurde berichtet, dass bei Patientinnen und Patienten mit sechs Gefäßerkrankungen, darunter pyogenes Granulom, malignes Hämangioendotheliom, kirschartiges Hämangiom, pigmentierter Nävus, kavernöses Hämangiom und Kaposi-Sarkom, nach Tryptase-Färbung die Dichte der MC signifikant höher war als in Normalgewebe.

Tryptase und allergische Erkrankungen

MC sind die wichtigsten Effektor-Zellen der schnellen allergischen Reaktion des Körpers. Nach Sensibilisierung setzt MC β‑Tryptase ins Blut frei; die Blutkonzentration erreicht nach 1 Stunde ihren Peak, bei einer Halbwertszeit von 2 Stunden. Dadurch kann β‑Tryptase auch noch Stunden nach der Sensibilisierung nachgewiesen werden. Mittels ELISA wurde festgestellt, dass im Blut gesunder Personen nur α‑Tryptase nachweisbar ist, während β‑Tryptase nahezu nicht nachweisbar ist. In bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit von Patientinnen und Patienten mit Asthma und allergischer Rhinitis, in Tränen von Patientinnen und Patienten mit allergischer Ophthalmie, in Synovialflüssigkeit von Patientinnen und Patienten mit Rheuma sowie im Serum von Patientinnen und Patienten mit systemischen allergischen Reaktionen zeigte sich jedoch ein signifikant erhöhter Gehalt an β‑Tryptase.

Tryptase und Mastozytose

Die Diagnose der Mastozytose erfolgt hauptsächlich mittels Knochenmarkbiopsie zum Nachweis abnormal proliferierender spindelförmiger MC. Experimente zeigten, dass dies vor allem mit der Menge an α‑Tryptase zusammenhängt. Da α‑Tryptase spontan sezerniert wird und nicht vom Aktivierungsstatus der MC beeinflusst ist, kann sie die Anzahl der MC widerspiegeln. Klinisch zeigt sich, dass die Knochenmarkbiopsie bei α‑Tryptase > 75 ng/ml zu 100 % positiv ist und im Bereich von 20–75 ng/ml sensitiver als die Biopsie ist. Daher besitzt α‑Tryptase einen hohen diagnostischen Wert für die Mastozytose.

Klinische Anwendung

Serumspiegel liegen normalerweise unter 11,5 ng/ml. Erhöhte Serum‑Tryptasewerte treten sowohl bei anaphylaktischen als auch bei anaphylaktoiden Reaktionen auf; ein negativer Test schließt jedoch eine Anaphylaxie nicht aus. Bei Nahrungsmittelallergie‑Reaktionen ist eine Erhöhung der Tryptase im Vergleich zu anderen Ursachen einer Anaphylaxie weniger wahrscheinlich. Serum‑Tryptasewerte sind zudem bei eosinophilen Leukämien erhöht und werden als ein Hinweisparameter verwendet, insbesondere bei genetischen Mutationen mit Bildung von FIP1L1‑PDGFRA‑Fusionsgenen, oder bei Vorliegen einer systemischen Mastozytose.