Molecular basis of the heterogeneity in congenital sucrase-isomaltase deficiency

Media type: E-Book; Thesis

Title: Molecular basis of the heterogeneity in congenital sucrase-isomaltase deficiency

Contributor: Gericke, Birthe [Author]; Naim, Hassan Y. [Degree supervisor]

Published: Hannover: Tierärztliche Hochschule Hannover, 2016

Extent: 1 Online-Ressource (XV, 112 Seiten, 4.072 KB)

Language: English

Identifier:

Keywords: Oligoglucosidase > Chronischer Durchfall > Pathogenese > In vitro

Origination:

University thesis: Dissertation, Tierärztliche Hochschule Hannover, 2016

Footnote: Zusammenfassungen in deutscher und englischer Sprache

Description: Kohlenhydrate sind wesentliche Bestandteile der menschlichen Ernährung und werden während der Passage durch den Gastrointestinaltrakt in ihre Bestandteile, die Monosaccharide zerlegt. Die freigesetzten Monosaccharide, überwiegend Glukose, können als Energiequelle für den menschlichen Körper genutzt werden. Saccharase-Isomaltase (SI) ist ein Enzymkopmlex, der in der Bürstensaummembran des menschlichen Dünndarms verankert ist und maßgeblich zum letzten Schritt des Kohlenhydratverdaus und der Freisetzung von Glukose beiträgt. SI ist ein Typ II Transmembranprotein, das aus zwei funktionellen Untereinheiten, der Isomaltase und der Saccharase, besteht und entlang des sekretorischen Transportweges gebildet und transportiert wird. Defekte der Saccharase-Isomaltase führen zu Kohlenhydratmalabsorption, welche oftmals mit dem klinischen Erscheinungsbild einer osmotischen Diarrhoe sowie Bauchschmerzen und Krämpfen bei Patienten einhergeht. Eine Form von Kohlenhydratmalabsorption ist die kongenitale Saccharase-Isomaltase-Defizienz (CSID), die durch Veränderungen im SI-Gen ausgelöst wird. CSID ist als seltene und autosomal-rezessiv vererbte Krankheit beschrieben, die durch eine verminderte oder nicht vorhandene Aktivität des SI-Proteins charakterisiert ist. Die dem Verdau von Nahrungskohlenhydraten unterliegenden physiologischen und pathophysiologischen molekularen Prozesse im Menschen sind nicht komplett erforscht und wurden in dieser These mit dem Fokus auf SI genauer untersucht. Der erste Teil der vorliegenden These beschäftigt sich mit der Untersuchung, der molekularen Pathogenese von 15 SI-Genmutationen, die in CSID Patienten mit reduzierter oder defizienter SI Aktivität gefunden wurden. Diese Untersuchung wurde in einem in vitro Zellmodell durchgeführt. Alle 15 Punktmutationen wurden in der kodierenden Region des SI-Gens gefunden und führten zu der Translation von SI-Proteinvarianten mit einzelnen Aminosäureaustauschen und in zwei Fällen zu der Einführung eines Terminationscodons. Der Effekt der jeweiligen Genmutationen auf die Funktion des resultierenden SI-Proteins, spiegelt sich in drei hier definierten biosynthetischen Phänotypen wieder. Eine physiologische Funktion des SI-Proteins erfordert verschiedene zelluläre Prozesse, einschließlich des intrazellulären Proteintransports und der Faltung in eine aktive Proteinstruktur. Mutationen, die durch intrazelluläre Blockade und Inaktivierung des SI-Proteins zu einem kompletten in vitro Funktionsverlust der SI führen, wurden in den biosynthetischen Phänotyp III gruppiert und wiesen die höchste molekulare Pathogenität auf. Übereinstimmend mit den molekularen Daten ist in den Dünndarm-Biopsieproben der CSID Patienten mit Mutationen des Phänotyps III keine SI Aktivität messbar gewesen. Mutationen, die zu dem biosynthetischen Phänotyp I oder II führen, gehen mit einer reduzierten enzymatischen Aktivität und einem normalen bis verzögerten Transport der SI-Proteinvarianten einher und haben jeweils milde oder mittelschwere Einflüsse auf die in vitro SI Funktion. Einige SI-Proteinvarianten des Phänotyps II oder III sind enzymatisch aktiv, werden aber nicht oder nur vermindert zur Zelloberfläche transportiert, was diese Proteinvarianten zu potentiellen Kandidaten zum Test einer pharmakologischen oder chemischen Chaperon-Therapie für CSID in der Zukunft macht. Eine mögliche Chaperon-Therapie für CSID könnte eine Alternative oder ein Zusatz zur Enzymersatztherapie oder der strikten Reduktion von Saccharose und Stärke in der Ernährung von CSID Patienten sein, um die Aktivität von SI im Darmlumen wieder herzustellen oder zu erhöhen. Der zweite Teil der These befasst sich mit der Analyse der katalytischen Spezifitäten von SI in einem Zellsystem. Der Fokus war dabei auf zwei Asparaginsäureresten (D) an Aminosäurepositionen 604 (D604) und 1500 (D1500) innerhalb der aktiven Zentren von SI mit potentieller Funktion als Protonendonor. Der separate experimentelle Austausch dieser Aminosäuren in den aktiven Zentren führte zu einem kompletten Verlust der Enzymaktivität der durch die Mutation betroffenen SI Untereinheit, während die Aktivität der jeweils anderen Untereinheit nicht verändert war. Diese Ergebnisse zeigen, dass D604 und D1500 in den beiden aktiven Zentren von SI eine essentielle Rolle in der Substartkatalyse spielen und bestätigen ihre Funktion als Protonendonor. Die resultierenden Proteinvarianten mit nur einer aktiven Untereinheit bieten ein gutes Modell, um die enzymatischen Kapazitäten jeder SI Untereinheit einzeln zu studieren. Diese Analysen führten zu der Entdeckung einer möglichen Produktinhibition von SI durch Glukose. Dieser Mechanismus könnte daran beteiligt sein, die Glukosefreisetzung durch den Kohlenhydratverdau im Dünndarm zu kontrollieren und den Glukoselevel im Blut zu regulieren. Zusammengefasst bietet die vorliegende These Einblicke in die katalytischen Eigenschaften und Mechanismen der humanen SI im Kohlenhydratverdau und in die molekulare Grundlage der Fehlfunktion von SI in CSID und zeigt neue mögliche Ansatzpunkte für eine entsprechende Therapie auf.

Access State: Open Access

Search in field:

Recently searched for: