H. Aebi

Properties of erythrocyte catalase from homozygotes and heterozygotes for Swiss-type acatalasemia

The unstable catalase variant found in the blood of individuals homozygous for Swiss-type acatalasemia and the enzyme species present in heterozygous carriers of this rare defect have been further characterized. The mutant enzyme isolated from acatalasemic red cells is considerably more heat labile and differs in electrophoretic mobility from the normal enzyme. Catalase preparations obtained from heterozygotes consist of an apparently uniform enzyme species, probably representing a molecular hybrid, with properties intermediate to those of the normal and the variant enzyme. However, antigenic identity of catalase from all three sources is observed. Model experiments indicate that hybrid catalase molecules can be produced by recombining normal and variant dimer subunits. Fractionation of erythrocytes according to density and age shows that most of the residual catalase activity is localized in juvenile acatalasemic cells, whereas in normal and heterozygous individuals the catalase activity level does not alter significantly during the life span of the red cells. These findings agree with the observation that there is no gene dosage in heterozygotes, their catalase activity values falling within the normal range.

Oxidation of p-(N1-methylhydrazino methyl)-N-isopropyl benzamide (procarbazine) to the methylazo derivative and oxidative cleavage of the N2-C bond in the isolated perfused rat liver.

The oxidation of p-(N1-methylhydrazino methyl)-N-isopropyl benzamide (procarbazine, Natulan) to its azo-derivative (AZO) and the formation of the main inactive metabolite terephthalic acid isopropylamide (TAC) has been studied in the isolated perfused rat liver. In this system, procarbazine was oxidized to AZO at a rate of about 28 μmoles/hr as calculated for 100 g body weight, whereas TAC was produced at a 4-fold lower rate (7 μmoles/hr per 100 g body weight). This results in an accumulation of the lipophilic, cytostatically active AZO. The effect of SKF 525-A, as well as 3-methyfcholanthrene, on the rate of TAC production and AZO disappearance indicates that the N2-C bond of AZO is split by a microsomal hydroxylase. Methyldiimine, which is the theoretically expected product of this reaction beside p-formyl-N-isopropyl benzamide, is discussed as the possible source of methyl radicals. Such radicals have been suggested by others to be responsible for the cytostatic eifect of procarbazine.

Fractionation of erythrocyte catalase from normal, hypocatalatic and acatalatic humans

Abstract1.By column chromatography on DEAE-cellulose calcium phosphate mixed gel red cell catalase can be separated in two fractions, 0.15 M saline and 0.15 M secondary phosphate being used as eluants.2.The fractions obtained from blood of normal subjects and of homozygous acatalasia cases differ in electrophoretic mobility and in heat stability. Of the fractions isolated from blood of heterozygous cases, one resembles electrophoretically the normal and the other the acatalatic enzyme.3.The observation that the enzyme fractions isolated from acatalatic blood are less stable and are mainly localized in reticulocytes, suggests, that in acatalasia a labile enzyme variant is synthesized. Therefore, acatalasia may be considered as an enzyme defect due to a structural gene mutation.Zusammenfassung1.Unter Verwendung eines Gemisches von DEAE-Cellulose-Calciumphosphat-Gel, läßt sich Erythrocytenkatalase in zwei Fraktionen trennen, wobei sich eine durch 0.15 M NaCl, die andere durch 0,15 M sekundäres Phosphat eluieren läßt.2.Die aus Blut normaler Versuchspersonen und homozygoter Akatalasiefälle dargestellten Fraktionen unterscheiden sich hinsichtlich elektrophoretischer Beweglichkeit und Hitzestabilität. Von den beiden aus Blut heterozygoter Defektträger isolierten Fraktionen verhält sich die eine wie die Fraktionen aus normalem Blut, die andere wie diejenigen aus Akatalasieblut.3.Der Befund, daß das aus Akatalasieblut isolierte Enzym relativ unbeständig ist und dieses vor allem in den Reticulocyten vorkommt, berechtigt zur Annahme einer labilen Enzymvariante. Es scheint sich demnach bei den hier untersuchten Fällen von Akatalasie um die Mutation eines Strukturgens zu handeln.

Alternative molecular forms of erythrocyte catalase.

Katalase aus Erythrocyten vom Menschen (und Pferd) lässt sich säulenchromatographisch und elektrophoretisch in drei Fraktionen A, B und C auftrennen, wobei die Fraktionen A und B die Tendenz haben, in die Fraktion C überzugehen. Durch Chromatographie unter Ausschluss von Luftsauerstoff konnte gezeigt werden, dass die Katalase in den Erythrozyten in der Form A vorliegt. Setzt man das Hämolysat dagegen einige Zeit Luftsauerstoff aus, wird die Katalase bei der Chromatographie in Form C eluiert. SH-blockierende Reagentien verhindern die Umwandlung von A in C, während C mit Mercaptoäthanol zu A reduziert werden kann. Es wird angenommen, dass dem Übergang von Fraktion A in B und C eine Bildung von Disulfidbrücken zugrunde liegt und dass es sich bei den beobachteten alternativen Formen möglicherweise um Katalase-Konformere handelt.

N-demethylation of p-(N1-methylhydrazino methyl)-N-isopropyl benzamide (procarbazine),∗ a cytostatically active methylhydrazine derivative, in the intact rat and in the isolated perfused rat liver☆

Abstract The oxidative N -deniethylation of p -( N 1 -methylhydrazino methyl)- N -isopropyl benzamide (procarbazine, Natulan) and of its postulated metabolite monomethyl hydrazine (MMH) has been studied in the intact rat, as well as in the isolated perfused rat liver, by measuring the formation of 14 CO 2 from 14 CH 3 -labeled substrates. The CO 2 production rate from procarbazine was 1·83 and 1·18 μmoles/hr per 100 g body weight in vivo and in the isolated perfused rat liver respectively. In both systems, this rate was markedly lowered by SKF 525-A and enhanced 3·10 to 3·50-fold by the pretreatment with 3-methylcholanthrene and 2·5-fold by the pretreatment with phenobarbital. The demethylation rate of equimolar amounts of MMH was 0·7 μmoles/hr per 100 g body weight in vivo and 2·08 jumoles per hr per 100 g body weight in the isolated liver. In the isolated liver SKF 525-A and 3-methylcholanthrene treatment resulted in a 14 and 26 per cent decrease of the demethylation rate of MMH respectively. These results indicate that the main pathway of CO 2 production from procarbazine involves the primary cleavage of the N 1 -C bond and not the intermediary formation of MMH. The response of the CO 2 production rate to SKF 525-A and 3-methylcholanthrene suggests that the N 1 -C bond of procarbazine is split by a microsomal hydroxylase.

Dissociation of erythrocyte catalase into subunits and their re-association

Zwischen der Tetramer- und der Dimer-Form der Erythrocyten-Katalase besteht ein Gleichgewicht. Dieses lässt sich in vitro durch Variation der Harnstoffkonzentration beliebig verschieben. Das dabei entstehende Dimer zeigt Peroxidase-, nicht aber Katalase-Aktivität. Bei der Reassoziation, deren Geschwindigkeit sich durch andere Proteine beeinflussen lässt, entsteht ein Produkt, das vom nativen Enzym nicht unterscheidbar ist.

Cellular distribution of catalase activity in red cells of homozygous and heterozygous cases of acatalasia

Es wird ein Verfahren beschrieben, welches im Blutausstrich katalasehaltige und katalasefreie Erythrocyten zu unterscheiden erlaubt. Dieses beruht auf der sehr ungleichen Methämoglobinbildung bei Inkubierung der Zellen mit Glucose und Glucoseoxidase. Es wird nachgewiesen, dass im Blut homozygoter Defektträger 0,5-1% aller Erythrocyten einen anscheinend normalen Katalasegehalt aufweisen. Im Blut heterozygoter Defektträger konnten keine Anhaltspunkte für das Bestehen zweier Zellpopulationen von verschiedener Katalaseaktivität gefunden werden.

Heterogeneity of erythrocyte catalase: Variability of the isoelectric point

Mittels isoelektrischer Fokussierung wurde der IEP von nativer Erythrocytenkatalase bestimmt (Mensch pH 6,5; Pferd pH 7,3). Die im Verlauf der Reinigung auftretende Konformationsänderung ist von einer Verschiebung des IEP nach der sauren Seite begleitet (Mensch ΔpH —1,3; Pferd ΔlpH −1,6).

Stabilizing effect of anti-normal erythrocyte catalase antibody on the labile catalase variant present in Swiss-type acatalasemia

Die instabile Katalase-Variante, welche in den Erythrocyten des Akatalasie-Falles A.B. vorkommt, lässt sich in vitro durch Zusatz von Anti-Katalase IgG-Fraktion oder von Fab-Fragmenten ohne Aktivitätseinbusse stabilisieren. Es wird angenommen, dass dies auf eine Fixierung der aktiven Konformation des Enzyms zurückzuführen ist.

Heterogeneity of catalase in blood of heterozygous gases of acatalasia

Mittels Chromatographie auf Calciumphosphat-DEAE-Cellulose lassen sich aus Hämolysat von Menschenerythrocyten zwei Fraktionen gereinigter Katalase darstellen. Im Gegensatz zu den Fraktionen aus normalen und homozygot akatalatischen Zellen zeigen die aus Blut heterozygoter Defektträger isolierten Katalasefraktionen ein elektrophoretisch verschiedenes Verhalten. Die Beweglichkeit der rascher wandernden Fraktion entspricht jener des normalen Enzyms, während die langsamer wandernde Fraktion sich gleich verhält wie das aus Akatalasieerythrocyten isolierte Enzym. Daraus folgt, dass zwischen Katalase in normalen und Akatalasiezellen trotz nachgewiesener Antigenidentität gewisse Strukturunterschiede zu bestehen scheinen.