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Ärztewoche

Gasotransmitter: flüchtige Überträgerstoffe Stickoxid, Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff fungieren als Botenstoffe und sind
physiologisch wirksam. Von o.Univ. Prof. Dr. Anton Hermann, Univ. Prof. Dr. Guzel F. Sitdikova und ao.Univ. Prof. Dr. Thomas M. Weiger
Gase wie Stickoxid, Kohlenmono-
damit eine Konformations- und Therapien zu entwickeln. Besonderen unter gleichzeitiger Hemmung des ternen ATP in den geschlossenen – xid oder Schwefelwasserstoff sind
Funktionsänderung am Protein aus- Bekanntheitsgrad hat hier der Wirk- cAMP-Abbaus stattfindet. Andere For- und durch Erniedrigung des ATP – als umweltbelastende und extrem
lösen kann.
stoff Sildenafil (Viagra®) erlangt.
scher fanden, dass HO-Blocker die in den offenen Zustand über und giftige Substanzen bekannt. Wis-
NO ist bei vielen lebenswichtigen Langzeitpotenzierung (LTP) im Hip- treiben damit das Membranpoten- senschaftler haben nun aber ge-
Vorgängen im Körper beteiligt, wie pocampus hemmen. CO wirkt dabei zial in negative Richtung (also weg funden, dass diese Moleküle als
z. B. bei der Vasoregulation, bei der ähnlich wie NO als retrograder Boten- von der Erregungsschwelle), und universale Botenstoffe in allen Or-
Freisetzung von Transmittern und stoff, der in der Präsynapse die Trans- dies führt zur Relaxation der glatten ganismen – von Bakterien bis zum
Hormonen oder im Gehirn bei der Muskelzellen in den Blutgefäßen. Menschen – vorkommen, in deren
synaptischen Übertragung. Im Ge- Unsere Forschergruppe an der Uni- Zellen produziert werden, physio-
hirn wirkt NO als „retrograder Boten- Kohlenmonoxid
versität Salzburg hat nun gefunden, logisch wirksam sind und damit
stoff", d. h. von der postsynaptischen dass H2S auch auf BK-Kanäle wirkt. wichtige Funktionen erfüllen.
auf die präsynaptische Seite zurück BK-Kanäle sind ubiquitär zu finden und kann dort in äußerst geringen und an mannigfaltigen physiologi- In der Antike bedeutete Pneuma so Konzentrationen (pikoMol) wirken. schen und pathophysiologischen viel wie der „Hauch des Lebens", ein NO ist auch beteiligt an der Regulati- Prozessen beteiligt. Sie steuern die „animalischer Geist", der den Körper on der Hormonausschüttung, an der •   Kohlenmonoxid (CO) ist bekannt
elektrische Aktivität vieler erregba- durchdringt und seinen Sitz vor allem sensorischen Verarbeitung, an der als Stoffwechselendprodukt, das eine rer Zellen, indem sie die Dauer der im Herzen oder im Gehirn hat. Die Steuerung der synaptischen Ver- hohe Affinität zum Blutfarbstoff Hä- Aktionspotenziale oder das oszilla- Forschung der letzten Jahre hat nun schaltung während der Entwicklung moglobin aufweist und damit den torische Entladungsverhalten von gezeigt, dass ein „Pneuma" in Form des Nervensystems. Sauerstofftransport im Blut hemmen Nervenzellen, Sinneszellen (Haar- von Gasen als Signalmoleküle tatsäch- Neben diesen physiologischen kann. CO ist aber nicht nur ein zellu- •  Schwefelwasserstoff (H2S) kommt
zellen im Innenohr) oder von Tag- lich eine wichtige Rolle ubiquitär in Funktionen kann NO auch toxische läres Abfallprodukt, sondern auch in der Natur in vulkanischen Gasen Nacht-Rhythmen beeinflussen. Sie Organismen spielt. Die Gase Stickoxid Wirkung entfalten, da es Mikroorga- ein wichtiges Signalmolekül. CO wird vor und ist im Erdöl und in manchen spielen eine wichtige Rolle als Sau- (NO), Kohlenmonoxid (CO) und nismen (Bakterien, Pilze) oder auch enzymatisch aus dem Blutfarbstoff Quellgewässern gelöst. In Quellwas- erstoffsensoren, bei der Hormonse- Schwefelwasserstoff (H2S) werden auf- Parasiten (Einzeller, Würmer) sowie Häm mittels Hämoxygenasen (HO-1 ser gelöstes H2S wird in Kurbädern zu kretion sowie bei der Vasoregulati- grund ihrer Signalwirkung heute als Tumorzellen zerstören kann. Diesen und HO-2) und verschiedenen Ko- Therapiezwecken verwendet. Das on. Mutierte Kanäle können auch „Gaskrieg" übernehmen Makropha- Faktoren produziert. HO-1 ist eine Gas kann leicht über die Haut ein- Ursache verschiedener Krankhei- gen im Körper oder die Mikroglia im durch Stressoren (Zytokine, Endoto- dringen und dann eine positive Wir- ten, sogenannter Channelopathien, Gehirn. Diese NO-Attacke kann xine, Hyopoxie etc.) induzierbare kung bei Hautkrankheiten oder bei wie z. B. Epilepsie oder paroxysma- auch gesunde Zellen schädigen und Form vor allem in der Milz und in der Gelenkbeschwerden entfalten. ler Bewegungsstörungen, sein. Eine Entzündungen oder z. B. Zucker- Leber. HO-2 hingegen ist eine konsti- Das Gas ist farblos und bekannt Aktivierung dieser Kanäle bewirkt krankheit durch Schädigung der tutive Form, die ständig exprimiert aufgrund seines Geruchs nach faulen generell eine Dämpfung der elektri- β-Zellen in der Bauchspeicheldrüse wird und vor allem im Gehirn und in Eiern. Wir können H2S in sehr niedri- schen Aktivität und damit eine re- NO auslösen. Daher kann man beob- den Testis vorkommt. CO kann eben- ger Konzentration – in 100.000-facher duzierte Transmitterfreisetzung an achten, dass bei Entzündungen ver- so wie NO leicht Membranen passie- Verdünnung – riechen. In höheren Synapsen. Zum Mechanismus der mehrt Nitrit und Nitrat (Abbaupro- ren. Es ist beteiligt an der Vasodilata- Konzentrationen wirkt H2S stark giftig H2S-Wirkung wissen wir bisher, dukte von NO) im Körper auftreten. tion, es hat anti-entzündliche Wir- und kann nach wenigen Atemzügen in dass es die Kanalproteine über ei- Aufgrund seines krankmachen Po- kung, es wirkt auf die Geruchswahr- Sekunden zu Koma und Tod führen, nen Redoxprozess beeinflusst. tenzials ist NO an vielen pathophy- nehmung und ist an der Regulation wobei es vor allem auf das zentrale In weiteren wissenschaftlichen siologischen Prozessen beteiligt, des circadianen Rhythmus beteiligt. Nervensystem und auf die Lunge wirkt. Arbeiten konnte gezeigt werden, dass wie an der Entstehung von Schlag- Neue Ergebnisse zeigen, dass ein Bei- H2S ist daher toxischer als Kohlenmo- aus Knoblauchinhaltsstoffen im Kör- anfällen, bei Migräne, bei epilepti- produkt der zellulären CO-Synthese, noxid oder sogar als Cyanid. H2S hat per H2S freigesetzt wird und dieses •  Stickstoffmonoxid  (NO) ist ein
schen Anfällen oder an der Auslö- das Bilirubin (reduzierte Form des die Eigenschaft, dass es leicht durch konzentrationsabhängig die Muskel- evolutiv sehr ursprüngliches und sung neuro-degenerativer Krank- Biliverdins), eine wichtige Rolle als biologische Membranen diffundieren relaxation erhöht. Auf diese Weise sehr weit verbreitetes Signalmolekül. Antioxidans und damit als Schutzfak- kann, da es ähnlich wie NO oder CO erweitern sich die Blutgefäße, und Chemisch gesehen ist es ein Radikal Die Wirkmechanismen hinter tor für Zellen spielt. wasser- und lipidlöslich ist. H2S ist auf- Bluthochdruck kann damit gesenkt und daher sehr kurzlebig. Es kann diesen Prozessen sind mannigfaltig. Bis vor kurzem war die Identität grund seiner chemischen Eigenschaf- werden. H2S spielt nach neuesten aber auch, an Proteine gebunden, Bakteriengifte, die eine massive NO- der Sauerstoffsensoren, die sich in ten ein Reduktionsmittel und kann Forschungen auch eine Rolle bei der stabil bleiben und im Körper ver- Bildung auslösen, können zu einer den Carotidkörpern der Halsschlag- damit gefährlichen Oxidationsprozes- penilen Erektion. Es wurde gefunden, frachtet werden. NO kann sich, nach- drastischen Erweiterung der Blutge- adern befinden unbekannt. Wissen- sen in Zellen entgegenwirken. dass die Enzyme zur Herstellung von dem es elektrisch neutral und daher fäße führen und einen anaphylakti- schaftler konnten nun zeigen, dass H2S wird in Zellen aus der Amino- H2S (CBS und CSE) im penilen Gewe- wasser- sowie fettlöslich ist, leicht in- schen Schock verursachen. NO kann HO-2 als O2-Sensor fungiert. Unter säure L-Cystein hergestellt. Dazu sind be vorkommen, dass H2S dort auch nerhalb von Zellen bewegen, aber auch in den Zellen Apoptose auslö- normalen Bedingungen bindet O2 an die Enzyme Cystathion γ-Lyase (CSE) tatsächlich freigesetzt wird, und dass auch durch die hydrophobe Zell- sen. NO wirkt auch toxisch, indem es HO-2, das dann CO produziert, und und/oder Cystathionin β-Synthase H2S relaxierend auf das Corpus ca- membran nach außen diffundieren wichtige Enzyme blockiert, es kann dieses CO aktiviert sogenannte BK- (CBS) erforderlich. Die Enzyme zur vernosum einwirkt und damit zur und auf andere Zellen einwirken. Da- direkt die Lipidschicht der Zellmemb- Kanäle (BK = big K; durch Calcium H2S-Produktion wurden in verschie- Blutfüllung des Penis führt.
her kann NO auch nicht wie die klas- ran durch Lipidperoxidation oder und Spannung aktivierte Kaliumka- denen Geweben lokalisiert – in Blut- Die künftige Forschung muss nun sischen Transmitter in Vesikel ge- Membran-integrale Proteine zerstö- näle/K+-Kanäle). Das Öffnen dieser gefäßen, in der Leber, in den Nieren weitere Funktionen und Details zu speichert werden. ren oder auch die Desoxyribonuklein- K+-Kanäle führt zu einer Hyperpolari- und vor allem auch im Gehirn. Dort den Wirkungsmechanismen von Ga- NO wird enzymatisch mittels ver- säure (DNS) im Zellkern schädigen. sation des Membranpotenzials der wurden sogar die höchsten H2S-Kon- sotransmittern und ihren Implikatio- schiedener NO-Synthasen (NOS) aus Ein besonders interessantes Bei- Glomus-Zellen und damit bleiben zentrationen gefunden. Neben NO nen für die Medizin erarbeiten.  der Aminosäure L-Arginin herge- spiel der Wirkung von NO, das zu die Zellen elektrisch stumm. Bei Hy- und CO wurde H2S nun als dritter Ga- stellt. Da NO aufgrund seiner Reakti- pharmakologischen Entwicklungen poxie wird kein CO produziert, und sotransmitter etabliert. H2S bewirkt o. Univ. Prof. Dr. Hermann und onsfreudigkeit für Zellen gefährlich geführt hat, ist seine Rolle bei der Steu- die K+-Kanäle werden nicht aktiviert. bei Nervenzellen im Hippocampus – ao. Univ. Prof. Dr. Weiger sind am werden kann, ist eine präzise Regula- erung von Erektionsprozessen. Durch Dies führt zur Depolarisation der Zel- zuständig für Lernen und Gedächtnis Institut für Zellbiologie der Universi- tion der NO-Produktion erforderlich. nervöse Aktivierung werden von den len und schließlich zur Genese von – eine Langzeit-Potenzierung, d. h. tät Salzburg tätig. Univ. Prof. Dr. Inzwischen wurden zwei wesentliche Endothelzellen der Blutgefäße im Pe- Aktionspotenzialen. Die Aktionspo- einige Minuten bis Stunden andau- Sitdikova ist an der russischen Kazan Prinzipien zum NO-Wirkmechanis- nis oder der Klitoris NO und andere tenziale werden ins Gehirn weiterge- ernde erhöhte synaptische Transmis- State University, Abteilung für Botenstoffe freigesetzt. NO bewirkt in leitet und führen dort zur Erregung sion, die als eine zelluläre Form des Physiologie von Mensch und Tier in wirkt auf Metallionen im Zent- der Folge eine Relaxation der arteriel- von Nervenzellen, die für eine erhöh- Lernens betrachtet wird. Kazan, Russland, tätig. rum von Proteinen, z. B. von Enzy- len glatten Muskulatur. Damit füllen te Atemfrequenz zuständig sind.
H2S führt zur Erweiterung von men, und erhöht oder vermindert sich die Schwellkörper mit Blut und HO-2 wird auch im zentralen und Blutgefäßen, und zwar über einen Zu diesem Thema publizierten die somit deren Aktivität, der durch die Schwellung verursachte peripheren Nervensystem exprimiert. Mechanismus, der eine Aktivierung Autoren den Übersichtsartikel: • O bewirkt eine sogenannte Pro- Druck auf die Venen führt zu einem CO erhöht an der neuro-muskulären sogenannter ATP (Adenosin-Tri- Hermann, A. et al.: Gase als zelluläre tein-Nitrosylierung, bei der NO an Blutstau und zur Erektion. Durch Synapse die Acetylcholinfreisetzung, Phosphat)-gesteuerter Signalstoffe. Gasotransmitter. –SH- oder –S–CH3-Gruppen an das Kenntnisse der erektilen Signalkaska- wobei diese Wirkung über Aktivierung nenkanäle (KATP) auslöst. KATP-Kanä- Biologie in unserer Zeit 2010; 40: Schwefelatom gebunden wird und de war es möglich, pharmakologische einer intrazellulären cAMP-Kaskade le gehen durch Erhöhung des zellin- 21. Oktober 2010

Source: https://www.uni-salzburg.at/fileadmin/oracle_file_imports/1539258.PDF