Struktur und Funktion von Diaminoxidasen

Diaminoxidase (DAO) katalysiert die oxidative Desaminierung von Histamin und anderen Diaminen. Das Enzym gehört zur Klasse der kupferhaltigen Aminoxidasen, welche im aktiven Zentrum den Kofaktor Topaquinon besitzen. Untersuchungen von DAO-Proteinen aus Säugetieren trugen zur Klärung ihrer prinzipiellen strukturellen und enzymatischen Eigenschaften, der gewebespezifischen Expressionsmuster sowie der zellulären und subzellulären Lokalisation bei. Um mehr über die Struktur und Funktion von DAO zu erfahren, werden diese Untersuchungen auf die eingehende Analyse der enzymatischen Eigenschaften verschiedener DAO-Enzyme aus Säugetieren sowie deren Wechselwirkung mit anderen Proteinen und mit dem Glykosaminoglykan Heparin ausgedehnt. Zusätzlich wird versucht, DAO aus der Schweineniere zu kristallisieren und ihre Struktur zu ermitteln. Die für DAO-Proteine aus Säugetieren codierenden Gene werden weiter charakterisiert und die Regulation ihrer Expression in kultivierten Zellen untersucht. Um die in vivo Funktion von DAO zu klären, sollen Mäuse mit einem defekten DAO-Gen hergestellt und insbesondere hinsichtlich Änderungen im Histamin- und Polyaminabbau charakterisiert werden. Daneben werden das intrazelluläre Prozessieren von DAO sowie der durch DAO katalysierte Substratumsatz in einem Zellkultursystem untersucht. Die Analyse von Änderungen der Expression und Aktivität von DAO und anderer Histamin-abbauender Enzyme bei Patienten mit entzündlichen und neoplastischen Darmerkrankungen soll die Bedeutung einer veränderten Enzymfunktion im Krankheitsgeschehen klären. Untersuchen von Polymorphismen des DAO-Gens und des Histamin-N-methyltransferase-Gens bei diesen Patienten sollen weiters zeigen, ob möglicherweise eine genetische Prädisposition zur Entwicklung dieser Erkrankungen vorliegt.

Histamin ist ein aus der Aminosäure Histidin gebildetes Signalmolekül, das die Kontraktion der glatten Muskulatur induziert, die Magensäuresekretion stimuliert, aber auch als Neuromodulator und als Vermittler entzündlicher und allergischer Reaktionen fungiert. Das Projekt befasste sich mit der strukturellen und funktionellen Charakterisierung der für die Inaktivierung von Histamin verantwortlichen Enzyme Diaminoxidase (DAO) und Histamin-N- methyltransferase (HNMT). Dabei wurden die beiden Proteine aus verschiedenen Geweben von Säugetieren sowie in Bakterien exprimierte rekombinante Formen gereinigt und eingehend biochemisch und enzymatisch charakterisiert. Außerdem wurden die für DAO und HNMT codierenden cDNAs und Gene und ihre Expression sowie deren Regulation in Geweben und in kultivierten Zellen untersucht. Neben dem DAO-Gen wurden zudem drei weitere für homologe Kupferaminoxidasen codierende Gene charakterisiert und ihr Expressionsmuster ermittelt. Es zeigte sich, dass DAO ein sekretorisches Protein ist, das nur in wenigen Geweben wie beispielsweise in Darm und Niere exprimiert wird und wahrscheinlich für die Inaktivierung extrazellulären Histamins verantwortlich ist. Dagegen ist HNMT als zytosolisches Protein für die Inaktivierung intrazellulären Histamins zuständig und wird in praktisch allen untersuchten Geweben gebildet. Diese ubiquitär vorhandene Histaminabbaukapazität deutet an, dass Histamin eine ausgedehntere und vielfältigere Signalfunktion besitzt als bisher angenommen.