Jodtyrosin-Dejodasen von Leber und Skelett

Bd. 346 (1966)
97
Jodtyrosin-Dejodasen von Leber und Skelett-Muskulatur
unter verschiedenen Bedingungen des Jod-Stoffwechsels
Von
Harald Schäfer und Norbert Hartmann
Aus dem Physiologisch-Chemischen Institut der Universität Greifswald
(Der Schriftleitung zugegangen am 9. Mai 1966)
In den vergangenen Jahren bestand sehr starkes Interesse an der
Aufklärung der physiologischen Bedeutung dejodierender Enzyme1.
Es wurden jedoch berechtigte Zweifel an der Realität der durch Flavin inononucleotid und Licht aktivierten Systeme in vivo angemeldet2.
Diese Kriterien treffen für die in diesem Institut genauer untersuchte
Jodtyrosin-Dejodase3' 4 nicht zu, was uns um so mehr veranlaßte, die
Bedeutung dieser Dejodase unter verschiedenen Bedingungen des Jodstoffwechsels eingehender zu untersuchen. Wie bereits festgestellt, ist
diese an charakteristischen Veränderungen im Stoffwechselgeschehen
beteiligt5. Kürzlich veröffentlichte Befunde lassen auf den physiologischen Wirkungsort der in Leber und Muskulatur untersuchten Jodtyrosin-Dejodasen schließen (vgl. 1. c.1).
An Hand der hier angeführten Befunde konnten mögliche Veränderungen der dejodierenden Aktivität als Folge des Aufarbeitungsprozesses ausgeschlossen werden. Weiterhin wurde die unterschiedliche
Beeinflussung der Jodtyrosin-Dejodasen von Leber und Muskulatur
unter der Wirkung von Thyroxin und MTU* in vivo und im Verlauf
einer experimentellen Hyperthyreose untersucht.
Material und Methodik
Für die Versuche wurden 8 Monate alte zuchtreife Hauskaninchen verwendet;
für jede Versuchsserie l Wurf. Bei nicht reinrassigen Würfen mußten die Tiere in
ihren äußeren Merkmalen völlig übereinstimmen. Zwei Tiere eines Wurfes blieben
jeweils als Kontrollen unbehandelt, die anderen erhielten entweder über die Dauer
von 10 Tagen 0,25 mg pro kg Körpergewicht L-Thyroxin (La Röche) subkutan
pro die oder 0,1 g pro kg Körpergewicht MTU (Philopharm) peroral pro die, in
Versuchsserie III über 28 Tage und in Versuchsserie IV über 70 Tage.
* Verwendete Abkürzung: MTU = Methylthiouracil.
H. Schäfer, Ch. Voss, H.-J. Henschel u. N. Hartmann, diese Z. 341,
268 [1965].
2
S. Lissitzky, X. Sympos. d. Dtsch. Ges. f. Endokrinologie, Wien 1963.
3
N. Hartmann, diese Z. 306, 107 [1956]; 316, 199 [1959].
4
N. Hartmann, diese Z. 308, 157 [1957].
5
N. Hartmann, Ch. Voss u. H. Schäfer, V. Internat. Biochemie-Kongr.,
Moskau 1961: Sekt. 5, 202. Korrelation zwischen Schilddrüsenaktivität und
Dejodasewirkung der Gewebe.
1
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H. Schäfer und N. Hartmann,
Bd. 346 (1966)
Weiterhin wurden im Spätherbst und Winter frettierte Wildkaninchen
aus der Umgebung von Greifswald verwendet. Sie wurden gruppenweise aufgearbeitet; eine Gruppe einige Stdn. nach dem Fang, weitere l und 14 Tage nach
dem Fang. Die Tiere blieben möglichst unbehelligt unter konstanten Stall- und
Fütterungsbedingungen (Rüben, Heu- und Körnerfutter ad libitum, der Nahrung
auf freier Wildbahn angepaßt). Allmorgendlich wurde bei allen Tieren das Gewicht
kontrolliert.
Die Aufarbeitung erfolgte bei 0° bis -f-3° im Kühlraum. Jeweils ein Tier
wurde durch Nackenschlag betäubt, durch Stich ins Herz getötet und entblutet,
sofort Leber und Muskulatur — erector trunci — exzidiert und in eiskalten M/15
Phosphatpuffer (Puffergemisch nach Sörensen), pH 8,0 geworfen, nach Abkühlen abgetupft, von Blut und Bindegewebe weitmöglichst befreit, gewogen,
grob zerkleinert und unmittelbar darauf abgewogene Teüe der Leber l Min. und
der Muskulatur P/2 Min. in eiskalter M/15 Phosphatpuffer-Lösung, pH 8,0, mit
Hilfe eines Ultra-Turrax (Fa. Janke & Kunkel KG) unter Eiskühlung homogenisiert.
Zur Glykogenbestimmung wurde bei der Exzision von zweiter Hand ein
abgewogenes Stück Leber bzw. Muskulatur der Hauskaninchen sofort6 in kochende
SOproz. KOH geworfen. Die Auf arbeitung erfolgte nach Walaas u. a. . Die Glykogenglucose wurde nach Frank und Kirberger 7 bestimmt.
Die Anreicherung der Zellplasma-Dejodase von Leber und Muskulatur erfolgte in Anlehnung an die von H art mann (vgl. 1. c.4) verwendete Methode.
Das Zellplasma-Eiweiß von Leber und Muskulatur wurde zwischen 40% und 55%
(NH4)2S04-Sättig. ausgefällt. Diese Fraktion enthält die Hauptfermentaktivität
der Zellplasma-Dejodase.
Nähere Angaben über das Fraktionierungsverfahren
vgl. 1. c.1. Fraktionen und Homogenate gelangten gleichzeitig 6—7 Stdn.
(bzw. wie unter der Abbildung angegeben) nach Töten der Tiere zur Bebrütung in
die Ansätze. Parallel liefen zur Kontrolle Versuche, in denen die Homogenate
unmittelbar nach dem Homogenisieren in die Ansätze zur Bebrütung kamen.
Zusammensetzung und Bebrütung der Ansätze vgl. 1.8 c.1. Das aus
dem Dijodtyrosin freigesetzte Jodid wurde nach der von Hartmann angegebenen
Methode potentiometrisch titriert. Alle Versuche wurden als Doppelversuche angesetzt. Für jedes Organ wurde der Organjodidgehalt und für jeden Versuch die
Spontandejodierung des eingesetzten L-Dijodtyrosins im Verlaufe des Versuches
ermittelt und in Rechnung gestellt. Die Spontandejodierung belief sich auf durchschnittlich 4% des fermentativ freigesetzten Jodids.
Die Eiweißbestimmung erfolgte nach der Biuret-Methode von Bücher
und Mitarbeitern9.
Die exzidierten Schilddrüsen wurden sauber präpariert, in Formol fixiert, in
Paraffin eingebettet und die Schnitte mit Hämatoxilin-Eosin gefärbt.
Die Irrtumswahrscheinlichkeit p wurde nach dem -Test von Fischer und
Student berechnet.
Ergebnisse und Diskussion
Zum Ausschluß störender Faktoren, welche von Einfluß auf die zu
untersuchenden Veränderungen der dejodierenden Fermente sein
konnten, wurden die mit der Dauer der Lagerung bzw. Aufarbeitung bei
0° bis +3° einhergehenden Veränderungen der dejodierenden Enzyme
untersucht (s. Abbildung).
6
0. Walaas u. E. Walaas, J. biol. Chemistry 187, 769 [1950].
7
H. Frank u. E. Kirberger, Biochem. Z. 320, 360 [1949/50].
8
N. Hartmann, diese Z. 301, 60 [1955].
9
G. Beisenherz, H. J. Boltze, Th. Bücher, R. Czok, K. H. Garbade,
E. Meyer-Arendt u. G. Pfleiderer, Z. Naturforsch. 8b, 555 [1953].
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Bd. 346 (1966)
Jodtyrosin-Dej odasen
99
10-
Veränderungen der dejodierenden Aktivitäten in Leber- und Muskel-Homogenaten
in Abhängigkeit von der Lagerungszeit bei 0 bis + 3°. Die Ansätze enthielten: Homogenat aus 0,3 g Leber (Frischgewicht) bzw. Homogenat aus 1,5 g Muskel (Frischgewicht) in jeweils 20 ml 0,2n Phosphatpuffer, pH 8; 35//Mol L-Dijodtyrosin in
5 ml 0,02N NaOH und 0,5 ml Toluol; zur Aktivierung in den entsprechenden
Ansätzen 50mg Natriumpyruvat. Inkubation: ISStdn. bei 37°.
und
:
Messung an 2 verschiedenen Tieren. Versuche mit (·) und ohne ( O ) Pyruvat
im Ansatz.
Der Abfall der dejodierenden Aktivität von Leber und Muskulatur
über 4 bis 5 Stdn. bis zu einem über Stunden gleichbleibenden Niveau
wird in Leber-Homogenaten reproduzierbar unter der Wirkung von
Pyruvat in vitro ausgeglichen; die Aktivität steigt sogar ein wenig mit
der Zeit an (rechts oben in der Abbildung). In Muskel-Homogenaten
folgt einem abrupten Aktivitätsanstieg durch Pyruvat in vitro ein
ebenso steiler Abfall bis zu Werten, die sich über mehrere Stunden
konstant halten. Alle diese Veränderungen, die vermutlich auf die Wirkung von Begleitsubstanzen zurückzuführen sind, bleiben ohne Einfluß
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100
Bd. 346 (1966)
auf Veränderungen der Dejodasen, welche diesen in vivo aufgeprägt
sind. Dieselben Befunde wurden mit dem Überstand (10 Min. 12 000 X^)
der Homogenate erhalten. In allen Versuchsserien zeigten die unmittelbar nach dem Homogenisieren zur Bebrütung gelangten Homogenate
die gleichen charakteristischen Veränderungen wie die Homogenate,
welche nach 6—7stdg. Stehenlassen bei 0° bis +3° in die Ansätze zur
Bebrütung kamen. Ein nach 25stdg. Lagerung bei 0° bis +3° auftretender Aktivitätsanstieg ist nach unveröffentlichten Befunden
möglicherweise auf nichtenzymatische Dejodierungsprozesse zurückzuführen. Auf eine Anreicherung der Zell-Eiweißfraktionen, welche
längere Zeit in Anspruch nahm, mußte deshalb verzichtet werden.
Zur Auslösung einer Hyperthyreose bei relativ jungen Hauskaninchen war ein Mehrfaches der Thyroxin-Dosis erforderlich, die in
früheren Versuchen (vgl. 1. c.5) bei 3 Jahre alten Kaninchen für den
gleichen Effekt benötigt wurde. Dabei war der Gewichtsverlust regelmäßig nachweisbar, histologisch das Bild einer Ruheschilddrüse; nicht
sehr ausgeprägt war der Leber-Glykogenverlust nach 16stdg. Hungern.
Das Muskel-Glykogen blieb unbeeinflußt (Tab. 1). In der älteren Literatur10 wird häufig über die bessere Verträglichkeit junger Individuen
gegenüber Schilddrüsen-Hormonen berichtet. Von Bansi11 wurde
kürzlich wieder darauf hingewiesen.
Tab. 1. Leber- und Muskel-Glykogen nach 16stdg. Hungern und Thyroxin- bzw.
MTU-Behandlung. n = Zahl der Versuchstiere. L-Thyroxin 10 Tage lang täglich
0,25 mg/kg Körpergewicht; MTU 28 Tage (Vers. III) bzw. 70 Tage (Vers. IV) lang
0,1 g/kg Körpergewicht. (Vgl. method. Teil.)
Versuchsserie
I
II
III
IV
Leber-Gly kogen[%]
Thyroxin-beKontrolltiere handelte
Tiere
n=2
n =3
Muskel-Gty'kogen [%]
Thyroxin-beKontrolltiere handelte
Tiere
n =2
n=3
4,2 ± 1,91
4,6 ± 1,20
1,4 ± 0,35
1,6 ± 0,41
0,62 ± 0,09
0,67 ± 0,23
0,65 ± 0,10
0,74 ± 0,07
Kontrolltiere
n =2
MTU-behandelte Tiere
n =3
Kontrolltiere
n =2
MTU-behandelte Tiere
n =3
5,9 ± 0,08
5,3 ± 2,60
5,6 ± 0,40
5,3 ± 0,17
0,61 ± 0,12
0,48 ± 0,12
0,58 ± 0,25
0,42 ± 0,04
Die bei frettierten Wildkaninchen durch das Schreckerlebnis ausgelöste thyreogene Alarmreaktion wird offenbar eingeleitet durch den
plötzlichen Austritt der gespeicherten Schilddrüsen-Hormone mit
10
J. Abelin in A. Bethe, G. v. Bergmann, G. Embden u. A. Ellinger,
Handb. d. normalen und patholog. Physiologie, Bd. XVI, I, S. 104—105, SpringerVerlag,
Berlin 1930.
11
H. W. Bansi, X. Sympos. d. Dtsch. Ges. f. Endokrinologie, Wien 1963.
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Bd. 346 (1966)
Jodtyrosin-Dejodasen
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nachfolgender gesteigerter Neusynthese1'12. Eine Beteiligung des Hypophysen-Nebennierenrinden-Systems wurde von Kr ach t13 ausgeschlossen.
Hier liegen die Ergebnisse einer Versuchsserie vor (Tab. 2, Versuchsserie V). Wie an anderer Stelle ausführlich erörtert (vgl. 1. c.1),
fällt trotz individueller, alters-, geschlechts- und biotopbedingter Verschiedenheit des Tiermaterials eine relativ gute Reproduzierbarkeit der
Ergebnisse in den Versuchen mit Wildkaninchen auf.
Bei weitem nicht so einheitlich wird die Applikation der relativ
hohen Thyroxin-Dosen von Hauskaninchen beantwortet. Tiere mit
auch nur geringgradig abweichenden äußeren Merkmalen eines nicht
reinrassigen Wurfes waren für diese Versuche nicht verwendbar. Exogen
angebotenes Thyroxin tritt in seiner Wirkung als krankheitsauslösende
Noxe hinter der unter pathophysiologischen Bedingungen durch Schreck
ausgelösten Schilddrüsen-Überfunktion zurück.
Unter dem Bild einer artifiziellen Hyperthyreose sind die Aktivitäten der jodtyrosin-dejodierenden Fermente der Skelettmuskulatur
eindeutig erhöht, gleichermaßen die der angereicherten Dejodase.
(Tab. 2, Versuchsserie I und II.)
Zu einem eindrucksvollen Aktivitätsanstieg kommt es auch im
Skelettmuskel-Homogenat des Wildkaninchens (Tab. 2, Versuchsserie V),
allerdings erst einen Tag nach dem initialen Überangebot an Schilddrüsen-Hormon (l Tag nach dem Frettieren; vgl. 1. c.1). Demgegenüber
ist die dejodierende Aktivität der angereicherten Dejodase der Muskulatur und der Leber zur Zeit des initialen Überangebots an Schilddrüsenhormon stark erhöht (Tab. 2, Versuchsserie V, 4—5 Stdn. nach
dem Frettieren) und fällt in der Phase der Neusynthese ab (l Tag nach
dem Frettieren).
Thyroxin-Gaben beeinflussen die jodtyrosin-dejodierende Aktivität
der Leber unterschiedlich. Ein deutlicher, signifikanter Aktivitätsabfall
im Homogenat wie in der angereicherten Dejodase ist in Versuchsserie II (Tab. 2) nachweisbar. Demgegenüber zeigt die dejodierende
Aktivität der Leber-Fraktion der Versuchsserie I (Tab. 2) einen signifikanten Anstieg; im Homogenat ist dieses nicht sicher nachzuweisen.
Über eine erniedrigte jodtyrosin-dejodierende Aktivität von LeberSclmitten nach Thyroxin-Medikation wurde berichtet (vgl. 1. c.5).
Im Gegensatz zu den erheblichen Veränderungen der jodtyrosindejodierenden Aktivität im Skelettmuskel-Homogenat der thyreotoxischen Wildkaninchen bleiben die Aktivitäten der Leber-Homogenate
über den Verlauf der Erkrankung hin im Rahmen einer gewissen biologischen Streubreite auf einem Niveau.
12
W. E i c k h o f f , Schilddrüse und Basedow, G.-Thieme-Verlag, Stuttgart
1949; J. Kracht u. U. Kracht, Virchow's Arch, pathol. Anatom. Physiol. klin.
Med. 321, 238 [1952]; I. Meissner, J. Kracht u. W. Diller, Naunyn-Schmiedebergs13Arch. exp. Pathol. Pharmakol. 216, 424 [1952].
J. Kracht, Acta endocrinol. [Copenhagen] 15, 355 [1954].
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Bd. 346 (1966)
Tab. 2. Aktivitäten der Dejodasen in Homogenaten und Zell-Eiweißfraktionen von
der beobachteten Differenzen (p) im Vergleich zur jeweiligen Kontrolln = Zahl der
T4-behandelte Tiere: Versuchsserie I und II10 Tage lang 0,25 mg/kg Körpergewicht
IV) 70 Tage lang 0,1 g/kg Körpergewicht MTU. Versuchsserie V: 4—5 Stdn.
Ansätze und Inkubation vgl. Legende zur Abbildung; die Ansätze für Leber- bzw.
bzw. 2,1 g Muskel
Leber-Homogenat
Leberohne Pyruvat | mit Pyruvat
ohne Pyruvat
Versuchsserie I. Spezif. Aktivität
Kontroll-Tiere
2,9 ± 0,4
81,3 ± 0,7
3,2 ±0
n=2
T4-behand. Tiere
113% ± 19%
93% ± 3,5%
122% ± 28%
n =3
O 5)
O 5)
« 0,1)
Versuchsserie I. Gesamtaktivität
Kontroll-Tiere
222 ± 16
6265 ± 303
260 ±0
n=2
T4-behand. Tiere
134% ± 24%
150% ± 6,5%
109% ± 4,9%
n =3
« 0,27)
« 0,1)
(<1)
Versuchsserie II. Spezif. Aktivität
Kontroll-Tiere
41,1 ± 0,4
1,17 ± 0
1,29 ± 0,07
n =2
T4-behand. Tiere
86% ± 6,3%
53% ±43%
60% ± 13%
71 = 3
(<5)
« 0,1)
(<1)
Versuchsserie II. Gesamtaktivität
Kontroll-Tiere
31,3 ± 3,9
1098 ± 106
39,7 ± 7,8
n=2
Thyroxin-behand.
78,1% ±4,7%
51,4% ± 39,8%
53,7% ± 12,4%
Tiere
(<5)
« 0,1)
« 0,1)
n =3
Versuchsserie III. Spezif. Aktivität
42,4 ± 4,1
1,59 ± 0,1
Kontroll-Tiere
1,06 ± 0,2
n=2
MTU-behand. Tiere
125% ± 15%
171% ± 10%
96% ± 10%
ri = 3
(<5)
O 5)
« 0,1)
Versuchsserie IV. Spezif. Aktivität
Kontroll-Tiere
90,0 ± 6,6
5,49 ± 0,8
12,1 ± 1,2
n =2
133% ± 33%
MTU-behand. Tiere
117% ± 84%
104% ± 3,9%
n =2
O 5)
O 5)
O 5)
Versuchsserie V. Spezif. Aktivität
0*
n =3
ITag
7i = 3
14 Tage
n=3
3,98 ± 0,4
97,7%
O 5)
73,2%
O 5)
52,08 ± 5,1
93,7%
O 5)
118,5%
O 5)
* 4—5 Stdn. nach dem Frettieren nochmals nachgeschreckte Tiere, die im Anschluß daran
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Jodtyrosin-Dej odasen
Bd. 346 (1966)
Leber und Skelettmuskulatur. In Klammern: Wahrscheinlichkeit der Zufälligkeit
gruppe (= 100%) bzw. der 1. Versuchsgruppe in Versuchsserie V.
Versuchstiere.
L-Thyroxin; MTU-behandelte Tiere (Versuchsserie III) 28 Tage bzw. (Versuchsserie
bzw. l Tag bzw. 14 Tage nach dem Frettieren aufgearbeitete Wildkaninchen.
Muskel-Fraktionen enthielten Zell-Eiweißfraktionen aus 0,3 g Leber (Frischgewicht)
(Frischgewicht).
Fraktion
Muskel-H omogenat
mit Pyruvat
ohne Pyruvat
mit Pyruvat
nMol Jodid/mg Eiweiß
2,86 ± 0,6
3,63 ± 0,6
94,9 ± 2,8
Muskel-Fi aktion
ohne Pyruvat mit Pyruvat
1,72 ±0,4
241% ±48%
236% ± 48%
123% ± 7,0%
88% ± 8,8%
« 0,1)
« 0,1)
« 0,1)
« 0,1)
! Jodid/g Organ X g Organ- Gewicht /kg Körpergewicht
7290 ± 222
144% ± 13%
« 0,1)
nMol Jodid/mg Eiweiß
125,5 ± 2,9
0,48 ± 0,1
2,68 ± 0,3
0,95 ± 0
480% ± 202% 203% db 49%
84% ± 5,2%
216% ± 128%
(<5)
« 0,1)
« 0,1)
(<6)
! Jodid/g Organ g Organ- Gewicht /kg Körpergewicht
3842 ± 643
8,08 db 0,8
181% db 28%
« 0,1)
5,42 db 0,3
127% ± 16%
(<5)
66,9% ± 2,9%
«0,1)
nMol Jodid/mg Eiweiß
118,0 ± 5
5,0 ± 0,3
30% ± 19%
87% ± 11%
« 0,1)
(<5)
nMol Jodid/mg Eiweiß
134,8 ± 4,1
2,68 ± 0,4
110% ± 9,0%
147% ± 37%
O 5)
(>ö)
nMol Jodid/mg Eiweiß
129,9 ± 7,2
37,1%
O 0,1)
53,1%
(<1)
6,28 ± 1,6
137,9%
(<2)
141,7%
O 5)
5,8 ± 2,5
1,9 ± 0,3
13 ± 2,6
48% ± 55%
O 5)
33% ± 12%
« o,i)
31% ±9,3%
« 0,1)
5,79 ± 1,3
4,64 ± 0,4
33 ± 3,5
84% ± 32%
O 5)
121% db 5,6%
«'S)
73% ± 14%
(<1)
8,29 ± 2,4
140,9%
(<1)
120,1%
(«5)
3,30 ± 0,2
61,6%
« 0,2)
43.3%
« 0,2)
sofort aufgearbeitet wurden.
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H. Schäfer und N. Hartmann,
Bd. 346 (1966)
Die aus diesen Leber-Homogenaten angereicherten Dejodasen
zeigen in ihren dejodierenden Aktivitäten über den Verlauf der Erkrankung hin die gleichen Veränderungen wie die in gleicher Weise
angereicherten Skelettmuskulatur-Dejodasen. Aus den im Verlauf
gleichförmigen Veränderungen wurde auf eine funktioneile Einheit
dieser Zellplasma-Dejodasen von Leber und Muskulatur unter pathophysiologischen Bedingungen geschlossen (vgl. 1. c.1). Das unterschiedliche Verhalten der dejodierenden Aktivitäten in Homogenaten und
angereicherten Eiweißfraktionen gegenüber dem gleichen Substrat in
den Verlaufsuntersuchungen läßt die Wirkung anderer unter diesen
Bedingungen auch dejodierender Fermente im Homogenat vermuten,
die sich, möglicherweise eingeordnet in andere Regulationsmechanismen,
in den Aktivitäten abweichend verändern. Auch die Wirkung hemmender
und aktivierender Substanzen im Homogenat kommt in Betracht. Eine
Anreicherung der jweils zu untersuchenden Dejodase scheint zumindest
für die Beurteilung seiner physiologischen Bedeutung an Hand dieser
Befunde unerläßlich.
Bei den Verlaufsuntersuchungen an Wildkaninchen fällt die geringe Beteiligung der Gesamt-Leber — gemessen an der dejodierenden
Aktivität der Homogenate gegenüber Dijodtyrosin — an Veränderungen
im Dejodierungsgeschehen im Vergleich mit Aktivitätsveränderungen in
Muskel-Homogenaten auf. Dies läßt auf die Bedeutung der Leber für
andere Stoffwechselwege im Abbau der Schilddrüsenhormone und ihrer
Metabolite schließen (vgl.14). Bei den unterschiedlichen Aktivitätsveränderungen in den Lebern der mit Thyroxin behandelten Tiere muß
daneben eine toxische Wirkung des in unphysiologisch hohen Dosen
applizierten Thyroxins — besonders im Falle eines signifikanten Aktivitätsabfalls — in Betracht gezogen werden.
Pyruvat hat im Vergleich mit anderen Aktivatoren15 eine besonders
nachhaltig aktivierende Wirkung auf die von N. Hartmann beschriebene Jodtyrosin-Dejodase (vgl. 1. c.4). In allen Versuchen wurden
deshalb in vitro mit Pyruvat aktivierte Ansätze mitgeführt. Nur im
Homogenat und der Zell-Eiweißfraktion der Leber bewirkt Pyruvat
eine drastische Aktivitätserhöhung, weit weniger deutlich in der ZellEiweißfraktion der Muskulatur. Die dejodierende Aktivität der Skelettmuskel-Homogenate wird durch Pyruvat in vitro sehr wenig oder gar
nicht beeinflußt. Die in vivo den Dejodasen aufgeprägten Veränderungen
bleiben durch Pyruvat in vitro unbeeinflußt, d. h. Pyruvat in vitro
vermag die Wirkung eines erhöhten Thyroxinangebots in vivo auf die
Jodtyrosin-Dejodasen nicht zu verändern. Bei der geringen Enzymaktivität (bzw. Konzentration) in der Muskulatur dürfte die Verfüg14
I. R. Tata, Biochim. biophysica Acta [Amsterdam] 28, 95 [1958]; I. R.
Tata,15 Proc. Soc. exp. Biol. Med. 95, 362 [1957].
N. Hartmann, Gemeins. Tagung d. Deutsch., Franz, u. Schweiz. Biochem.,
Zürich 1960: Die Auswirkung einiger Vitamine und Hormone auf den Jodstoffwechsel.
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Bd. 346 (1966)
Jodtyrosin-Dejodasen
105
barkeit an Pyruvat — soweit dieses dem Enzym in der Zelle zugänglich
ist — nicht als limitierender Faktor oder als verantwortlich für die
Veränderungen der dejodierenden Aktivitäten angesehen werden. Eine
Abhängigkeit der Dejodierung vom Glykogengehalt der jeweils untersuchten Organe, wie früher beobachtet worden war (vgl. 1. c.4), konnte
in der Leber nicht immer nachgewiesen werden (Tab. l u. 2, vgl. auch
1. c.1). Unter ausgeglichenen Stoff Wechselbedingungen läuft ein höherer
Glykogengehalt einer höheren Dejodierungsrate parallel (vgl. 1. c.4).
Unter abgewandelten Bedingungen kann auch bei hohem Glykogengehalt
eine erniedrigte Dejodierung vorkommen, wie unsere Versuche zeigen.
Eine extrathyreoidale Wirkung von Thiouracilverbindungen ist
auch an Jodtyrosin-Dejodasen nachweisbar. So berichtete unlängst
M. L. Maayan 1 6 von einer Aktivierung der Jodtyrosin-Dejodase der
Rattenschilddrüse nach 6-n-Propyl-thiouracil-Medikation, wohl als Folge
einer Dauerstimulierung des thyreotropen Hormons. I. Röche (zit.
in16) beobachtete diese Wirkung nur an der Meerschweinchenschilddrüse.
In Leber-Homogenaten und aus diesen gewonnenen Zell-Eiweißfraktionen mit MTU behandelter normaler Tiere fanden wir — in
Versuchsserie III und IV (Tab. 2) — die dejodierende Aktivität nicht
nennenswert beeinflußt. Ein Aktivitätsanstieg ist angedeutet. In vorangegangenen Untersuchungen (vgl. 1. c.5) wurde ein Anstieg der dejodierenden Aktivität an Leberschnitten nachgewiesen. M. L. Maayan
(vgl. 1. c.16) beobachtete in Leber-Homogenaten von normalen, hypophysektomierten oder mit 6-n-Propyl-thiouracil behandelten Ratten
keine Aktivitätsunterschiede und vermutet eine unterschiedliche Beeinflußbarkeit von Schilddrüsen- und Leber-Tyrosin-Dejodasen durch
thyreotropes Hormon.
Zu einem über SOproz. Aktivitätsabfall kommt es demgegenüber
bei den Skelettmuskel-Dejodasen der Versuchsserie III (Tab. 2); nicht
eindeutig ist der MTU-Effekt bei den Tieren der Versuchsserie IV (Tab. 2)
nachweisbar; die Dauer der Medikation ist offenbar von Einfluß (Serie
III 28 Tage, Serie IV 70 Tage). Diese Minderung der dejodierenden
Aktivität der Muskulatur ist sowohl durch eine indirekte MTU-Wirkung — in Form eines reduzierten Angebotes an Schilddrüsenhormon
und in Folge davon einer erhöhten Sekretion von thyreotropem Hormon — als auch durch einen direkten MTU-Effekt an der Dejodase erklärbar. E. Herrera u. a.17 fanden in neuerlichen Versuchen die Annahme bestätigt, daß die Beeinflussung der Stoffwechselwirkung der
Schilddrüsen-Hormone durch PropyltMouracil18 sehr wahrscheinlich
16
M. L. Maayan, Endocrinology 75, 747 [1964], dort zitiert: I. Röche,
0. Michel,
A. Gorbman u. S. Lissitzky.
17
E. Herrera, F. Escobar del Rey u. G. Morreale de Escobar, Endocrinology
73, 744 [1963].
18
N. R. Stasilli, R. L. Kroc u. R. Edlin, Endocrinology 66, 872 [I960];
F. Escobar del Rey, G. Morreale de Escobar, M. D. Garcia Garcia u. I.
Mouriz Garcia, Endocrinology 71, 859 [1962].
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106
H. Schäfer und N. Hartmann,
Bd. 346 (1966)
in Verbindung zu bringen ist mit einer Hemmung von Dejodierungsprozessen während des intrazellulären Abbaus der Schilddrüsen-Hormone19.
Auffallend ist der Einfluß von MTU auf die Wirkung von Pyruvat
in vitro. Absolut wird die dejodierende Aktivität durch in vitro zugesetztes Pyruvat erhöht; es ist aber regelmäßig eine, wenn auch nur
geringgradige, so doch deutliche Minderung in der Aktivierung nachweisbar, wenn die Tiere — in vivo — MTU erhielten. Das gilt für Leberwie auch Muskel-Dejodasen. So kann unter der Wirkung von Pyruvat
in vitro auch die dejodierende Aktivität der Leber nach MTU-Behandlung erniedrigt sein (Versuchsserie III, Tab. 2). Auch die angereicherte
Muskel-Dejodase ist in Versuchsserie IV (Tab. 2) unter dieser Wirkung
erniedrigt. Es liegt demnach eine direkte Wirkung des MTU auf den
durch Pyruvat bewirkten Aktivierungsmechanismus vor. An der Aufklärung des Mechanismus der Wirkung von MTU sowohl auf die Jodtyrosin-Dejodase als auch auf die durch Pyruvat ausgelöste Aktivierung
wird gearbeitet.
Zusammenfassung
Es wurden die Veränderungen der dejodierenden Aktivität gegenüber L-Dijodtyrosin in Homogenaten und Zellplasma-Eiweißfraktionen
von Leber und Muskulatur unter der Wirkung von Thyroxin- und
Methylthiouracil- Gaben sowie der Verlauf einer Schreckthyreotoxikose
bei Kaninchen untersucht. Die Ergebnisse wurden miteinander verglichen und diskutiert.
Die Jodtyrosin dejodierende Aktivität der Muskulatur ist nach
Thyroxin-Gaben erhöht, auch im Falle einer akuten Hormonabgabe
aus der Schilddrüse. Methylthiouracil bewirkt eine Minderung der Aktivität. Die Jodtyrosin dejodierenden Fermente der Leber erwiesen sich
als sehr aktiv, aber kaum beeinflußbar. Die angereicherten ZellplasmaDejodasen von Leber und Muskulatur verändern sich unter pathophysiologischen Bedingungen gleichförmig und lassen auf eine funktionelle Einheit schließen. Eine toxische Thyroxin-Wirkung auf die
Leber-Jodtyrosin-Dejodase ist anzunehmen.
Die aktivierende Rolle des Pyruvats wurde diskutiert. Methylthiouracil — in vivo appliziert — wirkt hemmend auf die Aktivierung
durch Pyruvat in vitro.
Die Möglichkeit und Notwendigkeit einer Anreicherung der Jodtyrosin-Dejodasen zur Untersuchung ihrer physiologischen Bedeutung
im Jod-Stoffwechsel wurde untersucht.
19
F. Escobar del Rey u. G. Morreale de Escobar, IVth International
Goitre Conference, London 1960 in R. Pitt-Rivers, Advances Thyroid Res., S. 74,
Pergamon Press, Oxford 1961.
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Jodtyrosin-Dejodasen
107
Summary
Changes in the L-Diiodotyrosine-deiodinating activity of homogenates and cell plasma protein fractions from liver and muscle were
studied after the administration of thyroxine or methylthiouracil to
rabbits, and during fright thyrotoxicosis. The results were compared
and discussed.
The deiodinating activity of muscle is increased after thyroxine
dosage, even in cases of acute loss of hormone from the thyroid gland.
Methylthiouracil causes a decrease of activity. The iodotyrosine-deiodinating enzymes of liver show very high activity towards substrates,
but are otherwise almost unaffected. The purified cell plasma deiodinases of liver and muscle show the same changes under pathophysiological conditions, which suggests a single functional unit. Thyroxine
seems to be toxic to the liver iodotyrosine-deiodinase.
The activating role of pyruvate is discussed. Methylthiouracil, administered in vivo, caused an inhibition of the activating effect of
pyruvate in vitro.
The possibility and necessity for purifying the iodotyrosine deiodinases, for the purpose of studying their physiological importance in
iodine metabolism, is discussed.
Dr. Harald Schäfer, Physiologisch-Chemisches Institut der Universität
X 22 Greifswald, Eubenow-Straße 3.
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