Renalase

Renalase, eine FAD-abhängige Aminoxidase, ist ein Enzym , das beim Menschen durch das RNLS- Gen kodiert wird . Renalase ist eine Flavin-Adenin-Dinukleotid-abhängige Aminoxidase, die von der Niere ins Blut sezerniert wird. ^{[ 5 ]}

Das Gen, das für dieses Protein kodiert, heißt RNLS (auch bekannt als C10orf59 oder FLJ11218 ). ^{[ 5 ]} Das Renalase-Gen besteht aus 9 Exons mit einer Länge von ca. 311.000 bp und befindet sich auf Chromosom 10 an Position q23.33. ^{[ 6 ]}

Das Renalase-Protein besteht aus einem mutmaßlichen sekretorischen Signalpeptid (SignalP-Score von 0,4), einer Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD)-Bindungsregion und einer Oxidasedomäne . Beim Menschen wurden mindestens vier alternative Spleißvarianten identifiziert (hRenalase1 bis hRenalase4). Nur hRenalase1 ist in menschlichen Blutproben nachweisbar, was darauf hindeutet, dass hRenalase2 bis 4 wahrscheinlich andere Funktionen als hRenalase1 besitzen . ^{[ 7 ]}

Die Analyse der Primärstruktur der Renalase zeigt, dass es sich um eine FAD- abhängige Oxidase handelt . Die Röntgenkristallstruktur von hRenalase1 offenbart eine strukturelle Ähnlichkeit zwischen Renalase und p-Hydroxybenzoat-Hydroxylase . ^{[ 8 ]}

Renalase soll Katecholamine wie Adrenalin (Epinephrin) und Noradrenalin (Norepinephrin) im Blutkreislauf abbauen . ^{[ 7 ]} Das Labor von Dr. Gary Desir an der Yale School of Medicine entdeckte und benannte Renalase im Jahr 2005. ^{[ 6 ]} Es wird vermutet, dass die menschliche Niere dieses Protein in den Blutkreislauf abgibt, um den Blutdruck zu regulieren (neben anderen möglichen, noch unentdeckten Funktionen). ^{[ 7 ]}

_{Ob Renalase tatsächlich Katecholamin -} Substrate oxidiert , ist umstritten. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Der Hauptbeweis für die Katecholamin-Oxidation ist der Nachweis von H₂O₂ _, allerdings setzen Katecholamine in Gegenwart von O₂ in einer natürlichen Zersetzungsreaktion H₂O₂ frei. Im Jahr 2013 wurde behauptet, Renalase oxidiere α-NADH (die normale Form von _{NADH ist} das β-Anomer) zu β-NAD⁺ _{, wobei} ^gleichzeitig _O₂ ( Sauerstoff ) zu _H₂O₂ ( Wasserstoffperoxid ) reduziert werde . ^{[ 11 ]} Diese Reaktion soll fehlerhafte NADH- und NADPH- Formen reparieren , die von den meisten Nicotinamid-abhängigen Oxidoreduktasen nicht als Cofaktoren akzeptiert werden .

Es stellte sich heraus, dass α-NAD(P)H-Moleküle keine Substrate für Renalase sind; stattdessen wurde 6-DihydroNAD (6DHNAD) als Substrat identifiziert, ein Molekül mit sehr ähnlichen spektrophotometrischen Eigenschaften und Gleichgewichtskonzentrationen wie α-NAD(P)H. ^{[ 12 ]} 6DHNAD ist eine isomere Form von β-NADH, bei der sich das Hydrid in Position 6 der Nicotinamidbase befindet, im Gegensatz zur metabolisch aktiven Position 4. Diese NAD-Form ist neben 4-DihydroNAD (β-NADH) und 2-DihydroNAD (2DHNAD) eines von drei Produkten, die durch nicht-enzymatische Reduktion von β-NAD^⁺ entstehen. Sowohl 2DHNAD als auch 6DHNAD erwiesen sich als Substrate für Renalase. Diese Moleküle reagieren rasch und reduzieren den Flavin-Cofaktor des Enzyms zu β-NAD^⁺ . Das Renalase-Flavin überträgt die aufgenommenen Elektronen auf O₂ ₍ Disauerstoff ) und bildet dabei H₂O₂ (Wasserstoffperoxid ₎ , _wodurch der katalytische Zyklus abgeschlossen wird. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl 6DHNAD als auch 2DHNAD starke Inhibitoren spezifischer Dehydrogenasen des Primärstoffwechsels sind, was eine klare metabolische Funktion der Renalase bei der Aufhebung dieser Hemmung definiert.

Extrazelluläre Renalase fungiert unabhängig von ihrer enzymatischen Aktivität als Überlebens- und Wachstumsfaktor . ^{[ 13 ]} Sowohl natürlich gefaltete Renalase als auch ein Renalase-Peptid aus 20 Aminosäuren können die Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)- und die Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Signalwege aktivieren und so Zellen vor Apoptose schützen .

Renalase, isoliert in nativer Form, d. h. ohne Refaltungsschritte, katalysiert die Oxidation von 6DHNAD(P) oder 2DHNAD(P), den isomeren Formen von β-NAD(P)H. ^{[ 11 ]} Im Gegensatz zu eindeutigen Hinweisen auf diese katalytische Aktivität katalysierte die in diesen Experimenten verwendete native Renalase nicht die Umwandlung des Katecholamins Epinephrin in Adrenochrom . ^{[ 11 ]}

Renalase wird ins Plasma sezerniert und wirkt als antiapoptotischer Überlebensfaktor. Die Plasmamembran-Ca²⁺-ATPase PMCA4b ist ein potenzieller Rezeptor für extrazelluläre Renalase. ^{[ 14 ]} Die Bindung von Renalase an PMCA4b stimuliert den Calciumausstrom mit nachfolgender Aktivierung der PI3K- und MAPK-Signalwege, erhöhter Expression des antiapoptotischen Faktors Bcl-2 und verminderter Caspase-3-vermittelter Apoptose . Die Gabe von rekombinanter Renalase schützt in Tiermodellen vor akutem Nierenversagen (ANV) und vor kardialer Ischämie .

Bei Patienten mit schwerer chronischer Nierenerkrankung ( terminale Niereninsuffizienz , ESRD) sind die Renalase-Spiegel deutlich reduziert. Da Hormone wie Erythropoietin bei ESRD weniger ausgeschüttet werden, könnte Renalase auch ein Nierenhormon sein, obwohl sie beim Menschen auch im Herzmuskel , in der Skelettmuskulatur und in Leberzellen sowie in den Hoden von Mäusen exprimiert wird . ^{[ 7 ] [ 15 ]}

Es wurde kontrovers diskutiert, ob Renalase Katecholamine abbaut , Hormone, die an der akuten Stressreaktion ( Kampf-oder-Flucht- Reaktion) beteiligt sind. Die Injektion von Renalase in Nagetiere senkt vorübergehend Blutdruck, Herzfrequenz , Kontraktilität des Herzmuskels und Gefäßwiderstand . ^{[ 6 ]} Unter normalen Bedingungen ist Renalase im Blutkreislauf vorhanden, aber inaktiv. Werden Katecholamine jedoch in den Blutkreislauf freigesetzt, steigt die Renalaseaktivität innerhalb von 30 Sekunden um das Zehnfache an und bleibt für mindestens eine Stunde erhöht. Die Aktivierung der zirkulierenden Renalase ist wahrscheinlich für die frühe Aktivierung verantwortlich, während die Sekretion in den Blutkreislauf erst nach 15 Minuten erfolgt. ^{[ 16 ]}

Polymorphismen im Renalase-Gen sind ein Risikofaktor für essentielle Hypertonie . ^{[ 17 ]}

Einzelnukleotid-Polymorphismen im Renalase-Gen sind mit Typ-1-Diabetes assoziiert . Eine genomweite Assoziationsstudie mit Metaanalyse ergab, dass etwa 42 Loci das Diabetesrisiko beeinflussen ^{[ 18 ].} Die Daten bestätigten die Kopplung mit den meisten der 24 zuvor identifizierten Loci und identifizierten 27 neue Loci. Der stärkste Assoziationsnachweis für diese neuen Regionen wurde für das Renalase-Gen erbracht.

Bei Mäusen, deren Herzen Sauerstoffmangel ( Ischämie ) ausgesetzt waren, verringerte sich die Infarktgröße, und die Herzfunktion blieb besser erhalten, wenn Renalase verabreicht wurde. ^{[ 19 ]} Renalase-Knockout-Mäuse reagieren zudem empfindlicher auf Herzmuskelschäden. ^{[ 7 ]} Auch im Rattenmodell der terminalen Niereninsuffizienz ist die Renalase-Expression im Herzen reduziert. Die Entdecker der Renalase vermuten, dass sie einen Teil der Anfälligkeit für Herzerkrankungen bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung erklären könnte. ^{[ 7 ]}

Mithilfe kleiner inhibitorischer RNAs oder Knockout- Mäusen wurden die Folgen des Verlusts der Renalasefunktion untersucht. Dazu gehören Bluthochdruck ( Hypertonie ), erhöhte Herzfrequenz ( Tachykardie ), erhöhter Gefäßwiderstand ( Vasokonstriktion ) und eine verstärkte Katecholaminreaktion. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

In einem Rattenmodell der chronischen Nierenerkrankung (bei dem 85 % des Nierengewebes chirurgisch entfernt werden) entwickelt sich 2–3 Wochen nach der Operation ein Renalasemangel und eine gestörte Renalaseaktivierung. ^{[ 16 ]}

Es wurde gezeigt, dass Renalase mit PMCA 4b interagiert . ^{[ 22 ]}