Einleitung
Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Kommunikation und Koordination im Körper steuert. Enzyme spielen in diesem System eine entscheidende Rolle, indem sie biochemische Reaktionen katalysieren, die für die Funktion von Nervenzellen und die Signalübertragung unerlässlich sind. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Wirkungen von Enzymen im Nervensystem, von ihrer Beteiligung an neurologischen Erkrankungen bis hin zu ihrem Potenzial als Ziel für neue Therapien.
Enzyme und die Blut-Hirn-Schranke bei Multipler Sklerose
Bei der Multiplen Sklerose (MS) greifen Immunzellen das Nervengewebe im Gehirn und Rückenmark an, was zu Entzündungen führt. Forscher der Universitäten Duisburg-Essen und Münster haben entdeckt, dass das Enzym Kallikrein und seine Vorstufe Kinin eine Schlüsselrolle beim Überwinden der Blut-Hirn-Schranke durch Immunzellen spielen.
Kallikrein beeinflusst die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke
Kallikrein im Blutplasma erhöht die Anzahl der weißen Blutkörperchen, die in das zentrale Nervensystem einwandern. Das Enzym verändert die Blut-Hirn-Schranke, sodass sie das Nervensystem nicht mehr ausreichend vor schädlichen Eindringlingen schützen kann. In den Entzündungsherden von MS-Patienten findet sich überdurchschnittlich viel Prä-Kallikrein, eine Vorstufe des Enzyms.
Gerinnungsfaktor XII aktiviert Kallikrein
Für die Aktivierung von Prä-Kallikrein ist der Gerinnungsfaktor XII verantwortlich, der bereits 2015 als Beitrag zum Entzündungsprozess bei MS identifiziert wurde.
Kallikrein-Blockade als therapeutischer Ansatz
In Mausmodellen konnte gezeigt werden, dass das Fehlen von Kallikrein im Plasma das Risiko für die Entwicklung einer experimentellen Form der MS verringert. Ein Medikament, das Kallikrein blockiert, zeigte den gleichen Effekt: Die Zerstörung der Blut-Hirn-Schranke wurde reduziert und die Entzündung des Nervensystems fiel schwächer aus. Die Blockade von Kallikrein könnte somit eine neue Strategie zur Bekämpfung von MS darstellen.
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Enzyme und die Regeneration peripherer Nerven
Schädigungen des peripheren Nervensystems können vielfältige Symptome verursachen, von Schmerzen über sensorische und motorische Störungen bis hin zu vegetativen und trophischen Beeinträchtigungen. Ursachen sind vielfältig, darunter mechanische Traumata, immunologische Faktoren, Medikamente, Toxine, erbliche Veranlagung und endokrine Störungen.
Multimodale Therapieansätze
Eine umfassende Behandlung peripherer Nervenschädigungen umfasst die Bekämpfung der Ursachen, die Linderung der Symptome und die Förderung der Nervenregeneration.
Uridinmonophosphat (UMP) unterstützt die Nervenregeneration
Bei peripheren Nervenschädigungen sind häufig die Myelin produzierenden Schwann-Zellen betroffen. Die Gabe von Nukleotiden wie Uridinmonophosphat (UMP) kann die Regeneration und den Schutz der Myelinscheide unterstützen. UMP fördert die Synthese von Phospho- und Glykolipiden sowie Glykoproteinen, die für den Wiederaufbau der Myelinschicht wichtig sind. Es stimuliert zudem den Nervenstoffwechsel und unterstützt die physiologischen Reparaturmechanismen nach Nervenläsionen.
Nahrungsergänzungsmittel mit UMP, Vitamin B12 und Folsäure
Nahrungsergänzungsmittel mit UMP in Kombination mit Vitamin B12 und Folsäure können die Nervenregeneration unterstützen. Die Einnahme sollte regelmäßig und über einen längeren Zeitraum von mindestens 60 Tagen erfolgen. Studien haben gezeigt, dass diese Kombination positive Ergebnisse bei Patienten nach Bandscheibenoperationen und bei schmerzhaften Erkrankungen des peripheren Nervensystems erzielen kann.
NOX4-Enzym und Schlaganfall-Folgen
Ein deutsch-niederländisches Forscherteam hat entdeckt, dass das Enzym NOX4 nach einem Schlaganfall aggressives Wasserstoffperoxid im Gehirn produziert und damit für den Tod von Nervenzellen verantwortlich ist. Die Blockierung dieses Enzyms könnte einen neuen Therapieansatz zur Reduzierung von Schlaganfall-Folgen darstellen.
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Enzyme und Schmerzempfindung
Forscher der Tulane University haben ein Enzym namens Vertebrate Lonesome Kinase (VLK) identifiziert, das Schmerzsignale im Gehirn wie ein Schalter aktiviert. VLK beeinflusst Proteine auf der Oberfläche benachbarter Nervenzellen und kann Schmerz aktivieren, ohne das gesamte Nervensystem zu stören. Die Entdeckung eröffnet neue Wege für Therapien, die Schmerzsignale im Gehirn gezielt stoppen könnten, ohne das Nervensystem zu stören.
VLK und synaptische Plastizität
VLK spielt auch eine Rolle bei Lern- und Gedächtnisprozessen. Das Enzym beeinflusst die synaptische Plastizität, also die Veränderung der Verbindungen zwischen Nervenzellen.
Gezielte Schmerztherapie durch VLK-Hemmung
Die Hemmung von VLK könnte eine gezielte Schmerztherapie ermöglichen, die Schmerzprozesse unterbricht, ohne wichtige neuronale Funktionen zu blockieren. Medikamente müssten nicht mehr in die Zellen eindringen, sondern könnten von außen wirken.
Enzyme als Regulatoren der neuronalen Kommunikation
Die Kommunikation zwischen Neuronen und ihren Zielzellen basiert auf einer elektrochemischen Signalwandlung an den Synapsen. Enzyme spielen eine entscheidende Rolle bei der Synthese, Freisetzung und dem Abbau von Neurotransmittern, den chemischen Botenstoffen, die Signale zwischen Nervenzellen übertragen.
Ionotrope und metabotrope Rezeptoren
Rezeptoren für Neurotransmitter werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt: ionotrope und metabotrope Rezeptoren. Ionotrope Rezeptoren sind Ligand-gesteuerte Ionenkanäle, die bei Bindung eines Neurotransmitters die Kanalpore öffnen und eine schnelle elektrische Erregung oder Inhibition der Zielzelle bewirken. Metabotrope Rezeptoren (G-Protein-gekoppelte Rezeptoren; GPCR) aktivieren intrazelluläre Signalwege, die zu langsameren Zellantworten führen.
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Biogene Amine und ihre Rezeptoren
Biogene Amine sind eine wichtige Gruppe von Neurotransmittern, die hauptsächlich an GPCR binden. Sie entstehen aus Aminosäuren und kontrollieren und modulieren im zentralen Nervensystem (ZNS) verschiedene Funktionen, wie die kardiovaskuläre Homöostase, zirkadiane Rhythmen, Emotionen, die endokrine Sekretion, das Sexualverhalten, die Thermoregulation sowie Lernen und Gedächtnisbildung.
Intrazelluläre Signalwege und Enzyme
Die Aktivierung von GPCR kann Änderungen der intrazellulären cAMP- und/oder Ca2+-Konzentration auslösen. Diese Änderungen werden durch Enzyme wie Adenylylzyklasen (AC) und Phospholipase C (PLC) vermittelt. Die Aktivierung dieser Enzyme führt zur Bildung von sekundären Botenstoffen wie cAMP, IP3 und DAG, die wiederum Proteinkinasen wie Proteinkinase A (PKA) und Proteinkinase C (PKC) aktivieren. Diese Kinasen phosphorylieren verschiedene Proteine und modulieren so deren funktionelle Eigenschaften.
Enzyme in Spinnengiften und ihre potenziellen Anwendungen
Spinnengifte enthalten eine Vielzahl von Enzymen, die bisher wenig erforscht sind. Forscher des LOEWE-Zentrums TBG haben in Spinnengiften mehr als 140 verschiedene Enzymfamilien identifiziert. Diese Enzyme könnten aufgrund ihrer fettspaltenden oder proteinabbauenden Wirkung in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Waschmitteln oder der Abfallbeseitigung.
Fettsäure-Synthase (FASN) und Myelinisierung
Forscherinnen der ETH Zürich haben gezeigt, dass das Enzym Fettsäure-Synthase (FASN) in Schwann-Zellen eine zentrale Rolle bei der Myelinisierung der Nervenfasern im peripheren Nervensystem spielt. FASN ist unerlässlich für die richtige Lipid-Zusammensetzung in den Isolationsschichten und das gesunde Wachstum des Myelins. Das Fehlen dieses Enzyms führt zu einer schadhaften Isolierung der Axone.
RIM1-Protein und synaptische Homöostase
Forscher der Universität Bonn haben entdeckt, dass das Protein RIM1 eine Schlüsselrolle bei der homeostatischen Plastizität spielt, einem Mechanismus, mit dem das Gehirn auf langanhaltende Veränderungen der neuronalen Aktivität reagiert. RIM1 wird durch das Enzym SRPK2 phosphoryliert, wodurch die Freisetzung von Neurotransmittern an den Synapsen reguliert wird. Störungen in diesem Gleichgewicht können zu neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, Schizophrenie oder Autismus führen.
Alpha-Amylase-Aktivität im Speichel als Marker der Stressregulation
Die Alpha-Amylase ist ein Enzym, das unter Kontrolle des vegetativen Nervensystems (VNS) in den Speichel sezerniert wird. Die Aktivität der Alpha-Amylase im Speichel spiegelt das Gleichgewicht der Sympathikus-Adrenomedulla (SAM)-Achse wider und ist besonders sensibel gegenüber psychischen Belastungen. Die Tagesrhythmik der Alpha-Amylase-Aktivität hat sich in Studien als gutes Maß für die neuroendokrine Balance erwiesen. Eine überhöhte Alpha-Amylase-Aktivität über den Tag kann auf eine Fehlregulation der SAM-Achse infolge einer Dauerbelastung hinweisen.