Cerebrale Ischämiemarker

In der Med izin nu tzt man se it lan ge m die En zymd ia gn ostik, um das Ausmaß eine r spezifischen Organschädigun g ein zuschätzen. Diese Methode wird beispielsweise in der Dia gnostik e ines Herzinfarkts e r-folgre ich an ge wan dt. Vo raussetzun g ist a l le rdin gs d ie Identifizie run g von organ spe zifischen Enzymen, denn nur dann k ann durch den Nac h-weis im Serum mit hin reichende r Sicherheit auf die Schädigun g eines bestimmten Organs geschlossen we rd en.

Idealerweise sollte n diese biochemischen Indikatoren ausschließlich intra zellulä r und h och kon zentrie rt im Gehirn vo rkomm en. Selbst sehr kleine Läsionen, die noch n icht m ittels cCT oder MRT e rfasst we rden, können durch ein ige sensible Ischä miemarker nach ge wiesen werden.

Hie rbei zeigen ein ige de r En zyme zwar hoc h sensibe l e inen neuronalen Schaden an, sind jedoch nicht spe zifisch für eine Ischä mie.

Für da s ZNS gelte n die Neuronen sp ezifi sche Enolase (NSE) und das Protein S -100B a ls Marker neu ronale r Destruktionen.

1.4.1 NSE

Die Neuronenspe zifisch e Enolase (NSE) ist eines von e lf Enzymen, d ie den Abbau von Glucose zu Pyru vat, die Glyco lyse, katalysieren (Hof

f-mann 1984). Sie steuert die Gle ich ge wichtseinstellung zwischen 2-Phospho glyce rat und Phosphoenolp yru vat. Das Mo lekularge wich t b

e-trä gt zwischen 78 u nd 90 kDa.

Das Holoen zym der Enola se hat e ine dimere Struktu r. Es kann so woh l aus homologen a ls auch aus heterolo gen Unte re inheiten zu sammeng e-setzt sein. Man un tersche idet d rei m ögliche Unte reinhe iten, für de ren Nomenklatu r sich die Be ze ichnun g mit griech is chen Buchstaben durc h -gesetzt hat.

Die n icht spe ziesspezifischen Untere inheiten , ,  mit je we ils unte r-schied lichen immunologischen, bioch emischen und organspezifischen Eigenschaften bild en in vivo die homologen d imeren Fo rmen -, -,

-Enolase und die Hyb ridformen , . Eine -Kombination e xistiert in vivo nicht, kann aber in vitro he rge stellt we rden (Sh imizu et a l. 1983, Suzu ki et a l. 1983 ). Die monomeren Formen sind en zymatisch inaktiv (W old 1971).

Neben den struktu rellen Untersch ieden gibt es konse quenterwe ise i m-munologische, bio chemische und orga nspe zifische Differenzen. Im G e-hirn sind hauptsä chlich d re i Isoformen anzutreffen: ,  und .

Von den möglichen Kombinationen werden au ssch lie ßlich die jenigen Enolasetypen , die eine Gamma-Einhe it entha lten , als ne uronspe zifische Enolase be zeichnet. Die NSE, so woh l die homologe - als auch die heterolo ge -Fo rm, ist im Zytopla sma von Neu ronen, in neuroendokr i-nen Zellen und in neuroendokrii-nen Tumoren angereichert. Daraus ergibt sich de r Ein satz als Tumormarker für Neu roblastome und klei n-ze llige Bronchia lka rzinome.

Die -Eno lase, d ie auch Nicht -Neu ronenspe zifische Enolase (NNE) genannt wird, ist vorwie gend in den Glia ze llen loka lisie rt.

Die neuronenspe zifische Enolase ist das saue rste Isoe nzym von allen Enolase-Isoen zyme n. Es hat außerdem die höchste Resisten z ge gen chloridindu zie rte Inaktivierun g. Diese Eigenschaft versetzt das En zym insbesonde re in die Lage, in häufig wiede rholt depola risierenden Ne u-ronen oder in h ype rpola risie re nden Neuu-ronen zu e xistieren.

Durch d ie Da rstellung der komplette n Aminos äurense quenz de r NSE und deren Vergle ich mit der Aminosäu rense quen z de r NNE konnten drei Aminosäurense que nzen in der Stru ktur der NSE aufgeklärt we rden, die einen vo rwie gend hyd rophil en Cha ra kter haben. In der dreid imension a-len Stru ktur de r NSE befinden sich d iese Re gionen auf der Oberf läche des Molekü ls und wurden von den Autoren als spe zifisch -immuno gene Zonen für die neuronenspezifische Fo rm der Enolase be ze ichnet. Durch diese unte rsch iedlichen immunologischen Eigenschaften eig nen sich Immunoessays ide al zu r Bestimmung der NNE und NSE.

1.4.2 S-100B-Protein

Im Jahr 1965 wurd e von Moore aus Rinde rhirnen ein Protein gere inigt, das in eine r 100 %igen Aminosu lfatlösun g bei p H 7 löslich wa r und deshalb von ihm den Namen S100 -Protein erhie lt (en gl.: soluble = lös-lich , Moo re 1965). Es wa r zunä chst in keinem Extrakt a nderer Organe oder Ge webe nach weisba r.

S-100 ist ein sau res Ca lcium -binden des Prote in mit e inem Moleku la r-ge wicht von 21 .000 Dalton (Schäfer und Heizmann 1996), da s nicht nur ZNS -spe zifisch ist (Kimura et al. 1984 ).

S-100B stellt eine Gruppe von relativ kleinen Proteinen dar, die als g e-meinsame Eigen schaft Calcium -Ionen binden und dann in Abhängigke it

von de r intra ze llu lären Calcium -Kon zentration ande re Proteine (u. a.

Protein kinasen ) aktivieren. Sie sind somit an der Sign altran sduktion von Calcium-abhän gigen Signalwe gen beteiligt. Die für die Bindun g des Calciums zuständige Aminosäu rese quenz besteht in seiner Sekundä r-struk tur aus einer Schleife mit zwölf Aminosäure resten, umgeben von zwei Alphake tten. Diese r typische A ufbau wird EF -han d genannt. Ein Calcium-b indendes Protein mit diese m strukture llen Motiv be zeichnet man als EF-hand -Protein (Isobe et a l. 1989). Das S -100-Prote in we ist diese Sequen z zweimal auf, es hat somit zwei Calcium bindungsste llen.

Es findet sich in versch iedenen Isoformen in neu roekto dermalen Ze llen alle r Vertebraten.

Native s S-100 lie gt als Homo - oder Heterodimer intra - u nd extra ze llu lär vo r. Als alpha un d beta beze ichnet man die zwei isomeren Untereinhe i-ten. Alle d rei Ko mbinationen, a lpha -alpha, a lpha -beta und beta -beta kommen vo r (Isobe et al. 1989 ).

S-100B (beta -be ta) findet sich in Glia - und Sch wan nschen Zellen (Su gimura et al. 1 989). Entspre chend findet man eine Positivität für S-100B in Tumore n, die sich von d ie sen Ge weben able iten. Zusätzlich sind Melano zyten, melanozytä re Tumoren und ebenfalls Glia ze llen S-100A-positiv (a lp ha -beta) (Baud ier et al. 1986, Kindb lom et al. 1984, Drier et al. 1987). Speicheld rüsentu moren und Tumoren der ekkrinen Sch weißdrü sen zeigen häufig ebenfalls eine Expre ssion von S -100. In Herzmuskelzellen, Adipo zyten und der Niere lie gt ha uptsächlich d ie S-100A0-Va riante vo r, d ie im ZNS jedoch nicht an zu treffen ist (Kato und Kimura 1985, Vanstapel et a l. 19 86).

Trotz eine r Vielzah l von Studien gibt es noch wenig e Erkenntnisse b ezü glich se iner gen auen Funktion im menschlichen Körp er. In Ve rbi n -dung mit Calcium scheint d ie Familie der S -100 -Protein e hauptsä chlich als second messe nger zu a gieren u nd so extra zellulä r apoptotische Vorgänge oder ch emotaktische Aktivitäten zu steuern (Zimmer et al . 1995). Auf intra ze lluläre r Ebene sind sie an der Modulation von En zy m

aktivitäten und der Endo b zw. Exo zytose von be stimmten Zellbestan d -teilen bete iligt (Ha rder un d Gerke 19 93, Heizmann und Hun zige r 1991, Schäfer und Heizm ann 1996).

Bei struktu reller Schädigun g neurona ler Zellen wird S -1 00B freige setzt und kann nach Überwindun g de r Blut -Hirn - b zw. der Blut -L iquor-Schranke in das Gefäßsystem so wie den Liquor ce rebro spinalis übertr e-ten und dort in se iner Kon zentration gemessen werden. Erhöhte W erte waren nach min imalen Hirntraumen ( In gebrigtsen und Romner 1996, W aterloo et al. 1997), Schla g anfälle n (Cunnin gham et al. 1991) und nach Herzope ratio nen mit extra korpo rale r Zirku lation so wie bei neur o -logischen Defizite n messbar (John sson et a l. 1995, Astudillo et al.

1996).

Da seine ph ysio lo gische Halb wertzeit nur zwei Stunden beträ gt, so llte S-100B innerha lb der ersten dre i Stu nden nach dem Ereign is bestimmt werden (Usui et a l. 1989).

Aufgrund der ge rin gen Grö ße der S 1 00Prote ine ist e in e Proteinfixi e -rung zu r Da rste llun g im Ge webe notwendig.

Durch d ie Spe zifitä t seiner Herkunft besitzt das Prot e in S-100B potent i-ellen W ert als biochemischer Ma rke r einer aku ten Hirn schädigun g.