Lipasen im Monoacylglyzerin- und Retinylester-Abbau

Der Abbau von Monoglyzeriden (MG) und Retinylester (RE) ist unvollständig charakterisiert. MG und RE, die Speicherform von Vitamin A, sind mit einer langkettigen Fettsäure verestert. Zur Mobilisierung der RE Speicher und zum Abbau von MG werden Enzyme benötigt, die diese Esterbindung spalten können. In Vorarbeiten zu diesem Projekt konnten drei Hydolasen identifiziert werden, die in vitro die Fähigkeit besitzen, MG zu hydrolysieren. Interessanterweise spalten diese Enzyme auch RE, was darauf hinweist, dass diese Hydrolasen sowohl im RE-, als auch im MG-Abbau eine Rolle spielen könnten. Zusätzlich konnte ein viertes Enzym identifiziert werden, welches nur RE hydrolysiert. Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe von Zellkultur- und Mausmodellen, die in vivo Rolle dieser vier Lipasen im Abbau von MG und RE zu definieren. MG sind kurzlebige Zwischenprodukte im Triglyzerid- und Phospholipidstoffwechsel. Gegenwärtig nimmt man an, daß das Enzym "Monoglyzerid Lipase" für die effiziente Spaltung von MG notwendig ist, jedoch gibt es noch keinen in vivo Beweis für eine limitierende Rolle des Enzyms in diesem Prozeß. Das Monoglyzerid "2- Arachidonoyl-Glyzerin" (2-AG) gehört zu einer Substanzklasse, die man als "Endocannabinoide" bezeichnet. Die Wirkung der Endocannabinoide wird von 9-Tetrahydrocannabinol nachgeahmt, das den psychoaktiven Hauptwirkstoff im Marihuana darstellt. Endocannabinoide kontrollieren viele biologische Prozesse, wie Lern- und Gedächtnisprozesse, Schmerzempfinden, emotionelles Verhalten, Appetitregulation und Energiestoffwechsel, sowie auch Blutdruck und Knochenwachstum. Das vielfältige biologische Potential der Endocannabinoide machen diese Substanzen für die pharmazeutische Industrie besonders interessant. Die Verwendung von Endocannabinoiden als Medikament ist jedoch limitiert, da sie im Körper sehr rasch durch Hydrolyse inaktiviert werden. Die Hemmung der Aktivität von Endocannabinoid-abbauenden Enzymen, wie z. B. der Monoglyzerid Lipase, wird daher als eine Möglichkeit gesehen, um in den Endocannabinoid-Stoffwechsel pharmakologisch einzugreifen. Eine ausreichende Versorgung mit Vitamin A ist u.a. essentiell für Sehvermögen, Reproduktion, Immunität, sowie generell für die Entwicklung und Aufrechterhaltung von differenzierten Geweben. Retinol ist die Transportform des Vitamins und kann durch enzymatische Reaktionen in bioaktive Metabolite umgewandelt werden. Überschüssiges Vitamin A wird vorwiegend in den Sternzellen der Leber gespeichert und in inaktiver Form als RE abgelagert. Durch diese Reserven kann der Körper für mehrere Wochen ausreichend mit Vitamin A versorgen. Die Freisetzung von Retinol wird durch eine kontrollierte Hydrolyse von RE durch Lipasen ermöglicht. Trotz der eminenten Bedeutung von MG und RE in biologischen Prozessen, gibt es bis heute keine in vivo Beweise für eine spezifische Rolle eines Enzyms im Abbau dieser Substanzen. Die Identifizierung von MG oder RE spaltenden Enzymen und die Charakterisierung von Mauslinien, denen diese Hydrolasen fehlen, könnten einen wichtigen Einblick in den Stoffwechsel von Acylglyzeriden, Endocannabinoiden und Vitamin A gewähren.

Retinoide und Monoglyzeride sind wichtige Signallipide, die an der Regulation von zahlreichen physiologischen Prozessen beteiligt sind. Die Verfügbarkeit dieser Verbindungen wird wesentlich von Lipasen beeinflusst, die entweder die Freisetzung dieser Signalmoleküle oder deren Abbau katalysieren. In ersten Teil des Projekts wurde die Funktion von spezifischen Lipasen im Retinylester-Abbau untersucht. Retinoide werden auch unter dem Begriff Vitamin A zusammengefasst. Dazu gehören ungesättigte Lipide wie Retinol, Retinsäure und Retinaldehyd. Diese Verbindungen sind essentiell für Entwicklung, Wachstum, Immunsystem und Sehvermögen. Retinoide werden hauptsächlich in der Leber in Form von Retinylestern gespeichert und entsprechend den Erfordernissen des Körpers freigesetzt. Dieser Prozess wird von Lipasen katalysiert, die Retinylester in Retinol und freie Fettsäuren zerlegen. Bis heute wurde keine dieser Retinylester-Lipasen identifiziert. In diesem Projekt konnten wir eine Lipase identifizieren, die Retinylester spaltet. Unsere Untersuchungen weisen darauf hin, dass dieses Enzym Retinoid-Homeostase und daher Retinoid-abhängige zelluläre Prozesse beeinflusst. Im zweiten Teil des Projekts wurde die spezifische Rolle von Lipasen im Monogyzerid-Stoffwechsel untersucht. Das Monoglyzerid 2-Arachidonoyl-Glyzerin (2-AG) gehört zu einer Substanzklasse, die man als Endocannabinoide bezeichnet. Die Wirkung der Endocannabinoide wird von ?9-Tetrahydrocannabinol nachgeahmt, das den psychoaktiven Hauptwirkstoff im Marihuana darstellt. Endocannabinoide kontrollieren viele biologische Prozesse, wie Lern- und Gedächtnisprozesse, Schmerzempfinden, emotionelles Verhalten, Appetitregulation und Energiestoffwechsel, sowie auch Blutdruck und Knochenwachstum. Im Rahmen des Projekts wurde ein Mausmodell hergestellt, dem die wichtigste Monoglyzerid-Lipase (MGL) fehlt. Diese Deletion führte zu einer Akkumulation von 2-AG im Gehirn und anderen Geweben. Interessanterweise konnten wir ein Desensitivierung des Endocannabinoid-Systems beobachten. Ein ähnlicher Desensitivierungsprozess tritt bei chronischer Einnahme von THC auf. Weiter konnten wir zeigen, dass MGL-Defizienz die Entstehung von Insulinresistenz, einem wesentlichen Risikofaktor für Typ 2 Diabetes, verzögert. Diese Beobachtungen weisen auf eine wichtige Rolle der MGL im Endocannabinoid-Stoffwechsel und in der Entstehung von Stoffwechselkrankheiten hin.