Microsoft Word Dissertation-Ute-Daig-05. 09. 05. doc

 
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1.2.4.2  Stickoxid – ein „ambivalentes“ Molekül 
Unter physiologischen Bedingungen wird ungefähr 1% der täglichen 
Argininzufuhr zu NO verstoffwechselt 
[24]. Stickoxid ist ein reaktionsfreudiges, 
gasförmiges Molekül mit einer Halbwertszeit von 20 – 30 Sekunden [122]. 
Gering freigesetzte Menge an NO, das aus L-Arginin via verschiedenen NO-
Synthese-Enzymen (NO-Synthasen NOS) hervorgegangen ist, wirkt als 
intrazellulärer Botenstoff, Neurotransmitter, Vasodilatator, 
Entzündungsmediator und spielt eine Rolle bei der Zellabwehr 
[25;26;19]. 1980 
konnten R. F. Furchgott und J. F. Zawadzki zeigen, dass Acetylcholin nur dann 
zu einer Vasorelaxation führt, wenn Endothelzellen vorhanden sind, und 
folgerten, dass die Kontraktion der Gefäßmuskelzellen durch ein Signalmolekül 
der Endothelzellen reguliert wird. Dieser noch unbekannte Botenstoff wurde 
»endothelium-derived relaxing factor«, EDRF genannt 
[21]. 1986 konnte L.J. 
Ignarro beweisen, dass es sich bei dem von Furchgott beschriebenen 
endothelialen Relaxationsfaktor um Stickstoffmonoxid handelt 
[22].
 
Ferid Murad 
konnte zeigen, dass eine der wichtigsten biologisch relevanten Reaktionen des 
Stickoxids die Bindung an das Enzym lösliche Guanylylcyclase ist. Durch die 
NO-gekoppelte Aktivierung dieser Guanylylcyclase resultiert die Produktion des 
second- messenger 3',5'-zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP), welches 
eine Reihe von physiologischen Reaktionen wie Vasodilatation und 
Neurotransmission regulieren kann [114]. Ferid Murad, Robert F. Furchgott und 
Louis J. Ignarro wurden 1998 für die Entdeckung und Charakterisierung von 
Stickstoffmonoxid (NO) als zentrales Signalmolekül des Herz-Kreislaufsystems 
mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.  
NO wird in verschiedenen Zelltypen durch Abspaltung und Oxidation eines 
Stickstoffatoms von L-Arginin unter Entstehung von L-Citrullin produziert. Diese 
Reaktion wird durch NO-Synthasen (NOS) katalysiert [115]. Stickstoffmonoxid 
ist lipophil und kann ungehindert durch Zellmembranen diffundieren. Aufgrund 
seiner Reaktionsfreudigkeit, z. B. mit Sauerstoff oder mit Hämoglobin, hat NO 
nur eine kurze Lebensdauer von wenigen Sekunden. Daher wirkt NO vor allem 

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am Ort seiner Produktion. Die Effekte von NO werden durch die Aktivierung der 
löslichen Guanylylcyclase verursacht. Dadurch steigen die intrazellulären 
cGMP-Spiegel der glatten Muskelzellen der Gefäße [116] Das Ergebnis sind 
u.a. eine über cGMP-abhängige Proteinkinasen gesteuerte Vasodilatation 
[27], 
Hemmung der Thrombozytenaggregation und Leukozytenmigration 
[25]. 
Während NO in niedrigen Konzentrationen überwiegend als Signalstoff fungiert, 
wird es in hohen Konzentrationen zu einem Effektormolekül des Immunsystems 
mit einer wichtigen Rolle bei Infektabwehr und Autoimmunität. Diese 
zytostatischen und auch zytotoxischen Wirkungen des Stickoxid wird durch 
Reaktion mit Superanionen der Bildung des starken Oxidants Peroxynitrit 
zugewiesen 
[25;28]. Peroxynitrit und NO hemmen u.a. Schlüsselenzyme der 
Atmungskette und führen zur DNA-Fragmentation und zur Apoptosis 
[25;29].  
1.2.4.3 Die NO-Synthasen: NOS I (neuronale NO-Synthase), NOS II 
(induzierbare NO-Synthase) und NOS III (endotheliale NO-
Synthase) 
Bislang sind von den NO-Synthasen sind drei Isoformen bekannt, die 
zelltypspezifisch exprimiert und unterschiedlich reguliert werden. Es wird in 
konstitutive (eNOS, nNOS) und induzierbare (iNOS) unterteilt. Die endotheliale 
NOS (eNOS, Typ III) und die neuronale NOS (nNOS, Typ I) sind 
kalziumabhängig und werden konstitutiv exprimiert. Sie sind Calmodulin-
abhängig und unterliegen damit dem intrazellulären Ca-++-Stoffwechsel 
[117;115]. Ein weiterer Unterschied zwischen den NOS-Unterformen ist darin zu 
sehen, dass die konstitutiven NOS in der Lage sind, NO in einem zeitlich 
begrenzten Rahmen von mehreren Minuten NO in niedrigen Konzentrationen 
zu synthetisieren [118;38], während die induzierbare iNOS grössere Mengen an 
NO im Bereich von Stunden und Tagen [66;38] zusammensetzt.  
Das von der neuronalen Synthase nNOS produzierte NO übernimmt eine 
wichtige Funktion bei Gedächtnisleistungen im Hippocampus und für das 
Sexualverhalten 
[30]. Diese Synthase wird vorwiegend konstitutiv exprimiert 
und über den intrazellulären Calciumhaushalt reguliert. In der Niere wird nNOS 
vornehmlich in der Makula densa exprimiert und ist an der Regulation des 

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tubulointerstitiellen Feedbacks und der Renin-Produktion beteiligt 
[25]. 
Die induzierbare NOS (iNOS, Typ II) setzt dagegen nur nach Stimulation, z. B. 
durch Zytokine, NO frei. Nach Stimulation produziert die iNOS große Mengen 
NO. Die induzierbare NO-Synthase iNOS wurde zunächst in Makrophagen 
entdeckt [67]. Bei experimenteller und auch humaner Nephritis wurde die 
Expression der NOS II auch in Mesangialzellen und Tubuluszellen beschrieben 
[31;32;33;36;25]. Das von der iNOS in hohen Konzentrationen bereitgestellte 
NO ist ein wichtiger Effektor in der unspezifischen Immunabwehr 
[25;34]. 
Stimuli für die Expression der iNOS sind proinflammatorische Mediatoren wie 
Lipopolysaccharide, Tumor-Nekrose-Faktor-alpha, Interleukin–1 und gamma-
Interferon. Die iNOS produziert NO über längere Zeiträume und Ihre Aktivität ist 
abhängig vom extrazellulären L-Arginin-Angebot 
[35;116]  
Die endotheliale NO-Synthase (NOS III, eNOS) findet sich im Gefäßbett. Das 
von ihr gebildete NO ist ein potenter Vasodilatator 
[19;27;25;41]. In der Niere 
beteiligt sich die eNOS an der Zunahme des effektiven renalen Plasmaflusses 
und an der glomerulären Filtrationsrate. Hieraus resultiert eine Senkung des 
glomerulären Filtrationsdrucks. Neben diesen Regulations-Mechanismen der 
renalen Hämodynamik gibt es Hinweise darauf, dass die endotheliale NOS 
auch eine wichtige Rolle in den antifibrotischen und antiproliferativen Wirkungen 
des NO spielt. In Kulturen renaler Mesangialzellen konnte gezeigt werden, dass 
NO die Synthese von Matrixproteinen dosis- und zeitabhängig limitiert 
[43;44]. 
Weitere Forschungsarbeiten konnten die proliferationshemmenden Wirkungen 
des Stickoxid in-vitro belegen 
[46;47] Diese antifibrotischen Wirkungen sind 
wahrscheinlich als Folge einer NO-vermittelten Abnahme der Expression des 
profibrotischen Zytokins TGF-ß zu sehen 
[45]. Zentrale Kennzeichen 
chronischer Nierenerkrankungen sind die Zellproliferation sowie die gesteigerte 
Synthese von Matrixproteinen, so dass die günstigen Wirkungen einer L-
Arginingabe über diese endotheliale NOS und der daraus folgenden NO-
Generierung vermittelt sein könnten. Diese Hypothese diente der 
zugrundeliegenden Arbeit als Ausgangspunkt.  

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