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2.1 - 2.5 - Aspirin (gesamt)

Aspirin - Unterschiedliche Wirkungen auf die COX-Isoformen

Erste Untersuchungen zu einer eventuellen Selektivität des Aspirins zwischen den beiden COX-Isoformen schienen anzudeuten, dass Aspirin ein selektiver COX-1-Inhibitor ist. Als Maß für die Hemmung wurde dabei der Verbrauch des Substrats Arachidonsäure durch die COX vor und nach Inkubation mit Aspirin analytisch verfolgt. Bei der COX-1 konnte schon bald nach der Zugabe von Aspirin kein Umsatz von Arachidonsäure mehr festgestellt werden. Der Arachidonsäure-Umsatz durch die COX-2 blieb hingegen fast unverändert!

Aspirin - Ein selektiver COX-1-Hemmer?

Als bei weiteren Experimenten jedoch nicht mehr der Verbrauch des COX-Substrates Arachidonsäure sondern die Bildung des COX-Produktes Prostaglandin H2 (PGH2) analytisch beobachtet wurde, ergab sich ein völlig anderes Bild. Sowohl die COX-1 als auch die COX-2 produzierten nach der Inkubation mit Aspirin kein PGH2 mehr! Da die COX-2 aber trotzdem weiterhin Arachidonsäure umsetzte, musste die acetylierte COX-2 offensichtlich ein anderes Produkt als PGH2 bilden. Dieses Produkt konnte schließlich als (15R)-HETE ((5Z,8Z,11Z,13E,15R)-Hydroxyeicosatetraensäure) identifiziert werden. Weiterführende Untersuchungen mit C14-markiertem Aspirin und den einzelnen COX-Isoformen zeigten außerdem, dass sowohl die COX-1 als auch die COX-2 durch Aspirin auf die gleiche Weise an Ser 530 irreversibel acetyliert werden.

Abb.1

Unterschiedliche Auswirkungen der Acetylierung von Ser 530 durch Aspirin auf die Eigenschaften der COX-Isoformen, COX-1 und COX-2.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden:

Unterschiedliche Wirkungen des Aspirins auf die COX-Isoformen
  • Die COX-1 wird durch Aspirin an Ser 530 irreversibel acetyliert. Dies hat die vollständige Hemmung der PGH2-Biosynthese zur Folge. Ob die Arachidonsäure aus sterischen Gründen nicht mehr in das Cyclooxygenase-Reaktionszentrum der COX-1 gelangen kann oder nur das für den Cyclooxgenase-Mechanismus essentielle Tyr 385 durch die Acetyl-Gruppe an Ser 530 blockiert wird, bleibt zunächst ungeklärt. Denkbar wäre z.B., dass die für den Acetylierungsmechanismus postulierte Wasserstoff-Brückenbindung zwischen Tyr 385 und dem Acetyl-Carbonyl-Sauerstoff-Atom auch nach der Acetylierung bestehen bleibt. Auf jeden Fall wird kein PGH2 mehr gebildet und keine Arachidonsäure mehr verbraucht.
  • Die COX-2 wird durch Aspirin ebenfalls irreversibel an Ser 530 acetyliert! Auch die COX-2 kann danach kein PGH2 mehr produzieren. Da die Arachidonsäure aber auch von der acetylierten COX-2 weiterhin umgesetzt wird, kann sie offensichtlich immer noch ins Reaktionszentrum gelangen. Dort wird sie allerdings nicht mehr in PGH2 umgewandelt, sondern nur noch zu (15R)-HETE oxidiert. Vermutlich wird Tyr 385 z.B. auf die oben beschriebene Weise durch die Acetyl-Gruppe an Ser 530 blockiert. Im Gegensatz zur COX-1 kann aber bei der acetylierten COX-2 ein alternativer Mechanismus ablaufen, der zu (15R)-HETE führt. Die genauen strukturellen Gründe für diesen Unterschied bedürfen noch der Klärung.

Die biologisch-pharmakologischen Konsequenzen, die sich aus der Bildung von (15R)-HETE durch die acetylierte COX-2 sowie die Hemmung der PGH2-Synthese in beiden COX-Isoformen ergeben, werden in den folgenden Abschnitten diskutiert.

Übung: Aspirin - COX-2 - (15R>)-HETE

Literatur

Holtzman, M. J.; Turk, J.; Shornick, L. P. (1992): Identification of a Pharmacologically Distinct Prostaglandin H Synthase in Cultured Epithelial Cells. In: J. Biol. Chem.. 267 , 21438-21445
Meade, E. A.; Smith, W. L.; DeWitt, D. L. (1993): Differential Inhibition of Prostaglandin Endoperoxide Synthase (Cyclooxygenase) Isozymes by Aspirin and Other Non-steroidal Antiinflammatory Drugs. In: J. Biol. Chem.. 268 , 6610-6614
Lecomte, M.; Laneuville, O.; Ji, C.; DeWitt, D. L.; Smith, W. L. (1994): Acetylation of Human Prostaglandin Endoperoxide Synthase-2 (Cyclooxygenase-2) by Aspirin. In: J. Biol. Chem.. 269 , 13207-13215
Mancini, J. A.; O'Neill, G. P.; Bayly, C.; Vickers, P. J. (1994): Mutation of serine-516 in human prostaglandin G/H synthase-2 to methionine or aspirin acetylation of this residue stimulates 15-R-HETE synthesis. In: FEBS Letters. 342 , 33-37
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