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Molekularbiologie � Kalzium und Phosphat kommen in Form von Hydroxyapatit als Knochenmineral vor, sie sind aber auch essentiell für wesentliche Stoffwechselprozesse im Körper. Dazu zählen zum Beispiel der Energiestoffwechsel und die Signaltransduktion. Dies setzt voraus, daß jederzeit genügend Kalzium- und Phosphationen aus dem Knochenreservoir mobilisierbar und überall im Körper verfügbar sind. Das Blut und alle Extrazellulärflüssigkeiten stellen daher hinsichtlich der Kalzium- und Phosphat-Löslichkeit sogenannte „metastabile“ Lösungen dar. Diese Lösungen präzipitieren zwar nicht spontan Kalziumphosphat, sie ermöglichen aber permanentes Kristallwachstum und damit fortschreitende Präzipitation, sobald sich Kristallkeime gebildet haben. Regulatoren der Kalzifizierung Wie ist es dann zu erklären, daß die Mineralisation nur gezielt in Knochen und Zähnen stattfindet und nicht in der extrazellulären Matrix von Weichgeweben? In mehreren, erst kürzlich erschienen Artikeln wurde dieser Frage nachgegangen. Es W I S S E N S C H A F T Klinische Relevanz des Serumproteins Fetuin A – einem Regulator der Kalzifizierung Dr. Cora Schäfer 1 , Prof. Dr. Willi Jahnen-Dechent 1 und Dr. Vincent Brandenburg 1,2 1 IZKF BIOMAT, 2 Klinik für Nephrologie und klinische Immunologie (Medizinische Klinik II), Universitätsklinikum der RWTH Aachen Die bedeutendste Form der extraossären Kalzifizierung im Menschen ist die vaskuläre Kalzifizierung. Sie begleitet komplizierend die intimale Atherosklerose oder tritt primär als in der Media lokalisierte Kalzifikation im Rahmen der Arteriosklerose auf. Während in der Vergangenheit die Weichgewebskalzifizierung – einschließlich der vaskulären Kalzifizierung – als passiver Prozeß angesehen wurde, der durch Überschreiten eines kritischen Kalzium x Phosphat-Produktes ausgelöst ist, zeigen neuere Veröffentlichungen, daß dieser Prozeß durch eine Reihe von Regulatoren moduliert wird. Neben Gewebe-gebundenen lokalen Hemmstoffen der Kalzifizierung gibt es auch systemische Regulatoren in Blut und Extrazellulärflüssigkeit. Neben niedermolekularen Modulatoren ist das Plasmaprotein Fetuin- A/alpha 2 -HS-Glykoprotein der Haupt-Hemmstoff im Blut. Fetuin-A kann Kristallwachstum verhindern, indem es neu entstehende Kalziumphosphat-Partikel bindet und in löslicher Form hält, bis sie aus der Zirkulation entfernt werden. Untersuchungen an Fetuin-A-defizienten Knock out-Mäusen offenbarten massive Weichgewebskalzifizierungen in einer Reihe von Hauptorganen wie Niere, Lunge und Herz. Klinische Studien haben gezeigt, daß Dialysepatienten über die bekannten Störungen im Kalziumphosphat-Haushalt hinaus auch erniedrigte Fetuin-A-Serumspiegel aufweisen. Somit trägt das Fehlen dieses Hemmstoffs der Kalzifizierung erheblich zur Erhöhung des Kalzifizierungsrisikos bei. Key Words: Kalzifizierung, Kalziumphosphat, Plasmaproteine, Mausmodell, Fetuin-A, Atherosklerose wird deutlich, daß hierfür bestimmte Proteine als Regulatoren notwendig sind. Murshed und Mitarbeiter konnten zeigen, daß nur die Extrazellulärmatrix von Zellen mineralisiert, in denen das knochenspezifische Strukturprotein Kollagen-Typ I und gleichzeitig ein Pyrophosphat-spaltendes Enzym, die Gewebe-unspezifische alkalische Phosphatase gebildet werden 1 . Knochenbildende Zellen (Osteoblasten) produzieren das Enzym alkalische Phosphatase in sehr großen Mengen und ermöglichen so die Spaltung des inhibitorisch auf die Mineralisierung wirkenden Pyrophosphats sowie anderer Phosphat-haltiger Moleküle, so daß Phosphat in genügender Menge für die Knochenbildung zur Verfügung steht. Demnach unterliegt der regulierte Prozeß der Mineralisierung offensichtlich einem Gleichgewicht von aktivierenden und inhibierenden Mechanismen. Neben niedermolekularen Faktoren wie dem genannten Pyrophosphat sind aus genetischen Studien heute eine Reihe von Proteinen bekannt, die den Prozeß der Kalzifizierung modulieren. Die überwiegende Mehrheit ist durch die gezielte Deletion des jeweils kodierenden Gens in Knock out-Mäu- sen identifiziert worden. Das Ausschalten der Pyrophosphatwirkung – einmal durch Deletion des für die Produktion notwendigen Enzyms Ecto-Nukleotid-Pyrophosphatase-Phosphodiesterase 1 (Enpp1) oder eines Transporters für Pyrophosphat (Ank) – bewirkt in Mäusen die Kalzifizierung von Gelenkknorpel. Ein weiteres Paradebeispiel dafür, daß Proteine die Kalziumphosphat- Präzipitation spezifisch und ausschließlich in den Geweben verhindern können, in denen sie gebildet werden, ist das Matrix-Gla-Protein (MGP). Dieses weitgehend unlösliche Protein ist in der Extrazellulärmatrix, in Arterien und Knorpel lokalisiert. Die MGP- Knock out-Maus weist erwartungsgemäß arterielle und Knorpel-Kalzifizierungen auf, was letztlich zur Ruptur der Aorta wenige Wochen nach Geburt der Tiere führt. Fetuin-A, ein systemischer Inhibitor der Kalzifizierung Den bisher beschriebenen, lokal wirkenden Regulatoren der physiologischen Mineralisierung im Knochen oder der pathologischen Kalzifizierung in Weichgeweben steht bislang ein einziges, systemisch inhibierend wirkendes Plasmaprotein gegenüber, das Fetuin-A/α 2 -HS-Glykoprotein (genetisches Symbol: AHSG). Dieses etwa 60 kDa große Glykoprotein wird in der Leber synthetisiert und zirkuliert in einer relativ hohen Konzentration von 0,4-1,0 g/L. Es kann in vitro die Kalziumphosphat-Präzipitation inhibieren, indem es mit hoher Affinität an einen Kristallisationskeim bindet, dessen Wachstum verhindert und ein kolloidales Aggregat bildet 2-4 . Diesen löslichen hochmolekularen Komplex haben wir in Analogie zu den Lipoprotein-Partikeln, die die Zirkulation von sonst unlöslichen Lipiden ermöglichen, Calciprotein-Partikel (CPP) genannt. Einer groben Schätzung zufolge ist Fetuin-A für rund 50% des inhibitorischen Effekts von Serum gegenüber der spontanen Präzipitation verantwortlich. Phänotyp der Fetuin-A-Defizienz Fetuin-A puffert und stabilisiert einen Überschuß von Kalzium und Phosphat im Blut, der aus vermehrtem Knochenabbau resultiert (siehe Abb. 1, S. 12). Die Stabilisierung des Komplexes ist zwar nur vorübergehend, aber unter Normalbedingungen ausreichend, um effizient aus der Zirkulation entfernt zu werden, so daß es nicht zu Kalziumphosphat- Ablagerungen kommen kann. Mäusen, die dieses Protein nicht mehr herstellen können, fehlt dieser wichtige Stabilisations- und Wegräum (Clearing)-Mechanismus. Dementsprechend zeigen Fetuin-A-Knock out-Mäuse Kennziffer 15 LW 06 · www.biocom.de � 10 | 6. Jahrgang | Nr. 6/2005 LABORWELT
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