Kooperative Wirkungen von Peptidasen beim Abbau Natriuretischer Peptide

Abstract

Die Natriuretischen Peptide sind wichtige Regulatoren des Herz-Kreislauf- Systems; ihre Erforschung dient somit auch künftigen therapeutischen Anwendungen. Ein möglicher pharmakologischer Ansatzpunkt, die Wirkung der Natriuretischen Peptide zu potenzieren, stellt die Hemmung ihrer Abbauwege dar. Die Neutrale Endopeptidase (NEP) gilt dabei als das wichtigste katabolisierende Enzym, jedoch ist die NEP-Wirkung bezogen auf das B-Typ Natriuretische Peptid (BNP) nur schwach ausgeprägt. Das erste Ziel dieser Arbeit war eine Beschreibung der molekularen Voraussetzungen für den Abbau Natriuretischer Peptide durch die NEP. Im Ergebnis von Abbaustudien wurde ein Modell entwickelt, dass die Bindung der Natriuretischen Peptide an die NEP und die Peptid-Enzym-Interaktion im katalytischen Zentrum verifizierbar erklärt. Entscheidendes Kriterium für den unterschiedlichen Abbau der Peptide ist danach die Länge der N- und C-terminalen Aminosäureketten außerhalb der Disulfid-verknüpften Ringstruktur. Lange Ketten erschweren die Bindung des Natriuretischen Peptids an die NEP und können so den Abbau verzögern bzw. verhindern. Modifizierungen innerhalb der Ringstruktur haben dagegen marginale Auswirkungen auf den Abbau. Die Aufklärung des raschen NEP-unabhängigen Abbaus des BNP in Membranpräparationen von Niere und Lunge war ein weiteres Ziel dieser Arbeit. Die Untersuchungen wurden am murinen System durchgeführt, da hier alle Voraussetzungen für zielführende Studien gegeben waren. Als entscheidendes Prinzip für diesen Abbau erwies sich eine neuartige kooperative Interaktion von zwei auf der Membran kolokalisierten Peptidasen. So erfolgt in der Nierenmembran zunächst eine Trunkierung des murinen BNP durch Meprin A, welche eine schnelle nachfolgende Inaktivierung durch die NEP ermöglicht. In der Lungenmembran ist das Endothelin-Converting-Enzyme 1 am initialen Abbau beteiligt. Das neue Modell für die Interaktion der Natriuretischen Peptide mit der NEP und die zusätzlich aufgefundenen essentiellen Peptidasen für den BNP- Katabolismus stärken die wissenschaftliche Basis bei der Suche nach neuen Interventionsmöglichkeiten bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Natriuretic peptides are important regulators of the circulatory system. Consequently, the investigation of these peptides is important for future therapeutic applications. One pharmacological approach for the potentiation of natriuretic peptide activity is the inhibition of enzymatic natriuretic peptide degradation. The Neutral Endopeptidase (NEP) has been generally regarded as the main catabolic enzyme for natriuretic peptides, however, the NEP effect on B-type natriuretic peptide (BNP) is less pronounced. The first aim of this work was a description of the molecular background for the degradation of natriuretic peptides by NEP. As a result of degradation experiments, a verifiable model for the binding of natriuretic peptides to NEP and for the peptide-enzyme interaction within the catalytic centre was established. According to this model, the most critical criterion for degradation is the length of the N- and C-terminal peptide tails outside the disulfid-linked ring structure. Long tails hinder the orientation of the peptide inside the catalytic cage and lead to slow degradation or even NEP resistance. Modifications within the ring structure only marginally influence the natriuretic peptide catabolism by NEP. The unexpected rapid degradation of BNP in membrane preparations of kidney and lung was a further subject of this study. The experiments have been performed in the murine system, as this offered all experimental requirements for the intended in-vitro and in-vivo studies. As decisive criterion for BNP degradation a novel cooperative interaction of two membrane-bound co-localised peptidases has been found. In kidney membrane murine BNP is initially truncated by meprin A; this truncation enables in a second step NEP to finally inactivate the peptide. In lung membrane endothelin-converting enzyme 1 is involved in the initial degradation. The new model describing the interaction between NEP and natriuretic peptides as well as the additional enzymes which are essentially involved in BNP degradation improve the scientific basis for new tools in circulatory diseases.