W. Reutter

Neue Ergebnisse zur biologischen und medizinischen Bedeutung von Glycoproteinen

SummaryIncreasing knowledge on structure, biosynthesis and catabolism of glycoproteins have given new insights on the patho-biochemical and clinical significance of these macromolecules. The most important results and conclusions are summarized in this review.1. The terminal sugars of glycoproteins—N-acetylneuraminic acid (NANA) and L-fucose—as well as the penultimate galactose molecule have important functions in cell interaction, adhesion and recognition. Moreover, these carbohydrates mediate the migration and distribution of cells and it is believed that they are essential part of the feto-maternal “immunological barrier”.2. Evidence indicating that the composition and pattern of plasma membrane glycoproteins is associated with tumour growth and metastatic formation is accumulating. Moreover, the determination of serum glycosyltransferase activity is gaining increasing interest, because the level of theses enzymes is substantially elevated in patients with neoplastic disease.3. Diseases of the autoimmunosystem are likely linked to a disturbed glycoprotein metabolism. The clinical importance is underlined by studies on immunotherapy of tumours.ZusammenfassungZunehmende chemische und biochemische Kenntnisse über Struktur, Biosynthese und Katabolismus der Glycopteine haben auch neue Einblicke in die Pathobiochemie und klinische Bedeutung der Glycoproteine ermöglicht. Diese werden in der vorliegenden Übersicht zusammenfassend dargestellt.1. Während der Fetalperiode besitzen die endständigen Kohlenhydratreste der Glycoproteine wichtige Funktionen bei der Zell-Adhäsion, -Fusion und gerichteten Migration. Daneben wird die Rolle der endständigen N-Acetylneuraminsäure (NANA) von Glycoproteinen für die immunologische Toleranz zwischen Mutter und Kind diskutiert.2. Unter onkologischen Gesichtspunkten wird der Einfluß des Glycoproteinmusters der Plasmamembran für das Tumorwachstum und die Metastasierung beschrieben. Veränderte Glycosyltransferase-Aktivitäten im Serum von Tumorpatienten gewinnen zunehmend an diagnostischer Bedeutung.3. Durch endständige Kohlenhydratreste von Glycoproteinen wird nicht nur die Immunogenität von Makromolekülen, sondern auch die Immunkompetenz des Organismus beeinflußt. Hierdurch erlangen diese Strukturen sowohl bei der immunologischen Tumorabwehr als auch bei Autoimmunerkrankungen klinische Relevanz.Über Ergebnisse ausgewählter Fachgebiete wird in einer nachfolgenden Übersicht berichtet (Klin. Wochenschr.57, 199 (1979)

Über die primäre und sekundäre biochemische Antwort der Leber nach Gabe von D-Galaktosamin beim Zustandekommen der Galaktosaminhepatitis

Durch die Gabe von D-Galaktosamin (GalN) wird innerhalb von ≤ 6 Std in Ratten ein Hepatitis erzeugt [1, 2, 3, 20]. Um die schadigende Wirkung von GalN auf die Struktur und Funktion der Leberzelle zu untersuchen, hat es sich als nutzlich erwiesen, zwischen einer primaren (I) und sekundaren biochemischen Antwort der Leber (II) nach GalN-Gabe zu unterscheiden [4, 5]. „Antwort“ soll dem Begriff „Lasion“ vorgezogen werden, wie er von Peters [6] fur die Pathobiochemie des Thiaminmangels, z. B., eingefuhrt wurde, da im Falle des Galaktosaminschadens nicht alle unter I und II auftretenden Veranderungen zu einer Schadigung der Leber zu fuhren brauchen [4].

Aktivitätsverhalten lysosomaler proteinabbauender Enzyme der Rattenleber bei der Galaktosamin-Hepatitis: Kathepsin D, Kathepsin A und saure Carboxypeptidase

SummaryChanges of activity and distribution in rat liver of the lysosomal enzymes cathepsin D, cathepsin A, and acid carboxypeptidase are described as a result of D-galactosamine action. Hepatitis was provoked by acute and by prolonged administration of D-galactosamine. A lysosomal pellet and a lysosomal supernatant fraction were prepared from rat liver by centrifugation according to de Duve. Total activity of the respective enzymes mentioned above was assayed in the liver homogenate. A loss of enzyme activities in the lysosomal pellet and an increase in the supernatant fraction was observed after 25 hours in acute hepatitis following D-galactosamine administration. Total activities of cathepsin D and acid carboxypeptidase per gram liver wet weight were significantly decreased. Administration of D-galactosamine over 8 days resulted in a significant increase of the three enzyme activities in the lysosomal supernatant fraction; as compared to the acute hepatitis, however, this increase was less marked. Total activities of cathepsin D and A per gram liver wet weight increased during prolonged D-galactosamine administration; this is interpreted as a result of liver regeneration.D-Galactosamine action in liver leads to more labile lysosomes.ZusammenfassungIn der vorliegenden Arbeit wird über das Verhalten der lysosomalen Enzyme Kathepsin D, Kathepsin A und saure Carboxypeptidase bei einer akut und einer subakut verlaufenden Galaktosamin-Hepatitis der Ratte berichtet. Es werden Rattenlebern nach der Methode von de Duve durch Zentrifugation in ein Lysosomen-Sediment und einen Lysosomen-Überstand fraktioniert. Ein Teil der Leber wird zur Bestimmung der Gesamtaktivität der oben genannten Enzyme homogenisiert. Bei der akuten Hepatitis nehmen nach 25 Std die Enzymaktivitäten in der Lysosomen-Sediment-Fraktion ab, in der Lysosomen-Überstands-Fraktion zu. Die Aktivität dieser Enzyme pro g Leberfrischgewicht nimmt bis auf die von Kathepsin A signifikant ab. Bei der subakuten Galaktosamin-Hepatitis ist nach 8 Tagen ein signifikanter Anstieg der 3 Enzymaktivitäten in der Lysosomen-Überstandsfraktion nachweisbar; er ist im Vergleich zur akuten Schädigung weniger ausgeprägt. Die Aktivitäten von Kathepsin D und A pro g Leberfrischgewicht nehmen zu; diese Zunahme im Verlauf der subakuten Hepatitis könnte Ausdruck einer Regenerationsleistung der Leber sein.Unter der Wirkung von Galaktosamin werden die Lysosomen instabiler.

TURNOVER OF PROTEINS AND GLYCOPROTEINS OF PLASMA MEMBRANES IN LIVER, REGENERATING LIVER, AND MORRIS HEPATOMAS

Proteins and glycoproteins in the plasma membrane of liver at different states of differentiation showed distinct turnover characteristics, indicating that the turnover of these membrane constituents is regulated specifically. Proteins in regenerating liver were constantly degraded half as fast as in normal liver, while in fast-growing Morris hepatoms proteins half-lives were only partially prolonged. Glycoproteins containing L-fucose were found to be degraded as two classes, a long-lived (t½ = 25 hours) and a short-lived one (t½ = 4 to 6 hours), conversely to sialoproteins, which were degraded at a uniform rate corresponding with the class of the long-lived fucoproteins. This biphasic decay of protein-bound L-fucose also existed in the plasma membrane of Morris hepatoma 7777, and the half-life was prolonged in both fucoprotein classes. No differences could be measured between the half-lives of plasma membrane sialoproteins in liver and Morris hepatoma 7777. In regenerating liver the catabolism of glycoproteins containing N-acetylneuraminic acid was lowered, indicating a common feature in the regulation of the catabolic potential of proteins and glycoproteins in controlled fast-growing liver tissue.

Induction of edema in the adrenalectomized rat by D-galactosamine.

A single dose of o-galactosamine (GalN) given to rats over 4 weeks of age induces a hepatitis closely resembling human viral hepatitis [1, 2, 3]; however, the regenerating rat liver is refractory to GaIN during the phase of high mitotic activity and enhanced growth rate [4, 5, 6] .--One to three days after adrenalectomy (AE), the rat liver shows high mitotic activity without enhanced stimulation of growth [7, 8], apparently providing another experimental model for testing this characteristic of DNA replicating liver [4, 5, 6]. In addition, these studies demonstrate a previously unreported effect of GaIN action: the induction of edema in the adrenalectomized rat. Group A animals received a single dose of 375mg GaiN-HC1/kg i.p. at different times after AE (GAIN from C. Roth, OHG, Karlsruhe, Germany) ; they were killed 12hours later; group B animals received no GalN after AE; groNp C animals were sham operated and received 375 mg GaIN 9 HCI/kg i.p. 36 h after AE (table).--A striking feature

Untersuchungen zum Mechanismus der Galactosamin-induzierten Hepatitis

Trotz der grosen Anzahl von morphologischen und funktionellen Gemeinsamkeiten zwischen der Galactosamin(GalN)-Hepatitis und der sog. menschlichen Virushepatitis [1,2] ist bis heute nicht entschieden, ob sich im molekularen Bereich ein beiden Krankheitsbildern gemeinsamer Defekt aufzeigen last. Die Untersuchungen uber die Veranderungen von Metabolitgehalten und Enzymaktivitaten in der tierischen Leber (Ratten, Meerschweinchen, Kaninchen, Mause, Affen) unter GalN-Einwirkung sollen spatere Vergleiche mit der menschlichen Hepatitis ermoglichen.

Das morphologische Bild der Galactosaminschädigung der Rattenleber

D-Galactosamin, der bekannteste Aminozucker der Galactosereihe, wurde bis jetzt in freier Form in tierischen Geweben unter physiologischen Bedingungen noch nicht nachgewiesen. In substituierter Form kommt es als Bestandteil von Heteropolysacchariden wie Chondroitin, Blutgruppensubstanzen und Heparin, in Glykoproteiden wie α- und ²-Globulinen und Immunglobulinen und in Membranen und Zellwanden vor.

Über die Cholesterinsynthese bei der Aminonucleosid-Nephrose der Ratte

Zusammenfassung1. Die Cholesterinsyntheserate in der Leber aminonucleosid-nephrotischer Ratten wurde durch den Einbau von14C-Acetat bzw.14C-Mevalonat am intakten Tier bestimmt. Gleichzeitig wurde das Erscheinen von14C-markiertem Cholesterin im Plasma gemessen.2. Zwischen dem 10. und 12. Tag nach Beginn der Aminonucleosidinjektion läßt sich eine starke Steigerung der hepatischen Cholesterinsynthese aus14C-Acetat nachweisen: Gegenüber den Kontrolltieren ist die spezifische Aktivität des Lebercholesterins um das Zwei- bis Vierfache erhöht.3. Am 13.–15. Tag, bei ansteigendem Plasmacholesterin, tritt eine Hemmung der Cholesterinsynthese ein, kenntlich am Absinken der spezifischen Aktivität und des absoluten Einbaus unter die entsprechenden Kontrollwerte.4. Bei Verwendung von14C-Mevalonat ist der Anstieg nur wenig auspeprägt, eine Einbauhemmung in den späteren Nephrosestadien ist ebenfalls nicht nachweisbar.5.|Die Versuchsergebnisse werden mit den Daten anderer Autoren verglichen und im Zusammenhang mit den derzeitigen Kenntnissen über die Regulation der Cholesterinbiosynthese diskutiert.Summary1. The rate of cholesterol formation in the liver of rats with experimental nephrosis was studied by incorporation of14C-acetate and14C-mevalonate in the whole animal. Plasma levels of labelled cholesterol were also measured.2. 10 to 12 days after administration of aminonucleoside hepatic cholesterol synthesis from14C-acetate is clearly enhanced: the specific activity of liver cholesterol is 2–4 times increased as compared with control animals.3. On the 13. to 15. day with increasing plasma cholesterol an inhibition of cholesterol synthesis is observed by the specific and total activities decreasing below the control values.4. On administration of14C-mevalonate the specific activity of cholesterol increases only 20 to 50%, an inhibition of cholesterol formation in the later stages of nephrosis cannot be shown.5. These results are compared with data of other authors and discussed with regard to the present knowledge of regulation of cholesterol biosynthesis.