GASTRINA: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, PRODUKTION, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Gastrin ist ein Magenhormon, das in der Magenhöhle vieler Säugetiere proteinhaltig produziert wird und dessen Funktionen mit der Stimulierung der Sekretion von Magensäure und Enzymen zusammenhängen.

Es wird von einer Gruppe endokriner Zellen produziert, die als „G“ -Zellen (Gastrin) bekannt sind und sich in den Pylorusdrüsen im distalsten Teil des Magens (Antrum) und im proximalen Bereich des Zwölffingerdarms befinden (siehe Bild).

Vereinfachtes Diagramm des menschlichen Magens (Quelle: Estomago.svg: Rhcastilhosderivative Arbeit: Estevoaei via Wikimedia Commons)

Histologisch gesehen haben G-Zellen eine charakteristische "Kolben" -Form mit einer breiten Basis und einem "Hals", der die Oberfläche der Magenschleimhaut erreicht.

Seit 1905 wird die Existenz von Gastrin vermutet. Erst 1964 wurde dieses "Antrumhormon" (weil es im Antrum des Magens produziert wird) dank der Arbeit von Gregory und Tracy, die die Magenschleimhaut von Schweinen untersuchten, zum ersten Mal isoliert.

Die chemische Struktur wurde kurz darauf von Kenner und Mitarbeitern aufgeklärt, die auch für die künstliche Synthese verantwortlich waren.

Wie andere Hormone des endokrinen Systems von Säugetieren ist Gastrin das Produkt der co-translationalen enzymatischen Verarbeitung eines Vorläufermoleküls, das als Präprogastrin bekannt ist.

Ihre Funktionen hängen von ihrer Wechselwirkung mit spezifischen Rezeptoren ab, die normalerweise intrazelluläre Signalkaskaden auslösen, die mit G-Proteinen und Proteinkinasen (Phosphorylierungskaskaden) zusammenhängen.

Die Konzentration von intrazellulärem Calcium, das Vorhandensein von Säuren und Aminosäuren im Magenlumen oder die Nervenstimulation durch spezifische Neurotransmitter sind einige der Faktoren, die die Sekretion dieses wichtigen Hormons beim Menschen steuern.

Eigenschaften

Gastrin ist ein peptidähnliches Hormon und seit seiner Entdeckung bis heute wurden drei Formen dieses Moleküls erkannt und nach ihrer Größe benannt:

- Gastrina "grande" (aus dem Englischen "Big Gastrin") mit 34 Aminosäuren

- Gastrin "klein" (aus dem Englischen "Little Gastrin") mit 17 Aminosäuren

- Gastrina "Miniatur" oder "Mini Gastrina" (aus dem englischen "Mini Gastrin") mit 13 Aminosäuren.

Großes Gastrin befindet sich in der Antrumschleimhaut und wurde auch in Extrakten aus menschlichen Gastrinomen (Magentumoren) identifiziert. Einige Autoren sind der Ansicht, dass sowohl kleines als auch Miniatur-Gastrin Fragmenten entsprechen, die davon abgeleitet sind.

Struktur des «großen Gastrins» G-34 (Quelle: Edgar181 über Wikimedia Commons)

Das Erhalten der Aminosäuresequenz von großem Gastrin hat als Beweis gedient, um die vorherige Hypothese zu verifizieren, da das C-terminale Peptid Heptadeca der Sequenz dieses Peptids mit der Sequenz von kleinem Gastrin identisch ist.

Darüber hinaus ist die Trideca-Peptidsequenz des C-Terminus von kleinem Gastrin identisch mit der Aminosäuresequenz von Miniaturgastrin oder Miniaturgastrin mit einer Länge von 13 Aminosäuren.

Bei kleinem Gastrin (G17) wurde festgestellt, dass das mit Mini-Gastrin identische Fragment (C-terminales Trideca-Peptid-Ende) biologische Aktivität aufweist, das N-terminale Ende jedoch biologisch inaktiv ist.

Es ist nun bekannt, dass dieses Protein eine Reihe von co-translationalen Modifikationen durchläuft, die eine enzymatische Spaltung der "Vorläufer" -Form (großes Gastrin oder G-34) zur Herstellung des aktiven Peptids Heptadeca (kleines Gastrin) und anderer Derivate beinhalten. die Kleinen.

Struktur

Die oben erwähnten Arten von Gastrin (G-34, G-17 und G-13) sind lineare Peptide, die keine Disulfidbindungen zwischen ihren Aminosäureresten enthalten.

Großes Gastrin hat ein Molekulargewicht von etwa 4 kDa, während kleines Gastrin und Minigastrin etwa 2,1 bzw. 1,6 kDa haben.

Struktur des «kleinen Gastrins» oder G-17 (Quelle: Edgar181 via Wikimedia Commons)

Abhängig von den Umgebungsbedingungen, insbesondere dem pH-Wert, können diese Moleküle mit Proteincharakter als Alpha-Helices oder als "Zufallsspulen" strukturiert sein.

In den Gastrinen G-34 und G-17 kann der am N-Terminus befindliche Glutaminsäurerest den Verdau dieser Peptidhormone durch die Wirkung von Aminopeptidaseenzymen "zyklisieren" und verhindern.

Produktion

Gastrin ist das aktive Produkt der co-translationalen Verarbeitung eines Vorläufermoleküls: Präprogastrin, das beim Menschen 101 Aminosäurereste aufweist. Präprogastrin wird anfänglich verarbeitet, um Progastrin, ein Peptid mit 80 Aminosäuren, herzustellen.

Progastrin wird in endokrinen Zellen zuerst durch die Enzyme Proproteinkonvertasen und dann durch das Enzym Carboxypeptidase E verarbeitet, um ein großes Gastrin mit einem C-terminalen Glycinrest (G34-Gly) oder ein kleines Gastrin mit einem Rest von zu ergeben C-terminales Glycin (G17-Gly).

Diese Moleküle bleiben Progastrine, solange sie durch "Amidierung" des C-terminalen Endes in die Peptide G-34 und G-17 umgewandelt werden, ein Prozess, der durch die Wirkung des Enzyms Peptidyl-alpha-amidierende Monooxygenase (PAM, aus dem englischen "Peptidyl" vermittelt wird alpha-amidierende Monooxygenase “).

Der Endopeptidase-vermittelte Spaltungsprozess und die C-terminale Amidierung treten in den sekretorischen Vesikeln von G-Zellen auf.

Struktur des «Miniatur-Gastrins» oder G-13 (Quelle: Edgar181 über Wikimedia Commons)

Regulierung seiner Produktion auf genetischer Ebene

Gastrin wird von einem Gen kodiert, das typischerweise in den G-Zellen der antralen Pylorusschleimhaut und in den G-Zellen des menschlichen Magen-Zwölffingerdarms exprimiert wird. Dieses Gen ist 4,1 kb groß und hat zwei Introns in seiner Sequenz.

Seine Expression kann als Reaktion auf den Eintritt von Nahrungsmitteln in den Magen zunehmen oder es kann dank des Vorhandenseins von Säuren und der Wirkung von Somatostatin, einem Hormon, das für die Hemmung der Magen-Darm-Sekretion verantwortlich ist, gehemmt werden.

Obwohl nicht genau bekannt, wird angenommen, dass die zellulären Signalwege, die die Aktivierung dieses Gens und damit die Gastrinproduktion fördern, von Proteinkinaseenzymen abhängen (MAPK-Weg).

Sekretion

Die Gastrinsekretion hängt von bestimmten chemischen Faktoren ab, die auf G-Zellen wirken und für deren Synthese verantwortlich sind. Diese Faktoren können stimulierende oder hemmende Wirkungen haben.

G-Zellen kommen mit solchen chemischen Faktoren in Kontakt, entweder weil sie durch den Blutkreislauf transportiert werden, weil sie von den mit ihnen in Kontakt stehenden Nervenenden freigesetzt werden, oder weil sie vom Mageninhalt stammen, der die Lumenoberfläche des Körpers "badet". diese.

Chemische Faktoren im Blut

Obwohl sie unter normalen Bedingungen kaum Konzentrationen erreichen, die hoch genug sind, um die Gastrinfreisetzung zu fördern, sind die "stimulierenden" Faktoren, die durch den Blutkreislauf transportiert werden, Adrenalin oder Adrenalin und Kalzium .

Beispielsweise ist eine signifikante Zunahme des Kalziumtransports zum Magen, die zu einer Stimulierung der Gastrinfreisetzung führt, normalerweise mit Zuständen wie Hyperparathyreoidismus verbunden.

Das Blut kann auch hemmende Faktoren tragen, wie im Fall anderer hormoneller Moleküle wie Sekretin, Glucagon und Calcitonin.

Chemische Faktoren "luminal" oder aus der Nahrung

Die Lebensmittel, die wir essen, können chemische Faktoren enthalten, die die Gastrinsekretion stimulieren. Beispiele hierfür sind Kalzium und die Verdauungsprodukte von Proteinen (Kaseinhydrolysat).

Das Vorhandensein von sauren Substanzen im Magenlumen hat den gegenteiligen Effekt, da berichtet wurde, dass sie die Gastrinsekretion eher hemmen, indem sie alle anderen chemischen Faktoren beeinflussen, die seine Produktion stimulieren.

Eigenschaften

Die Funktionen von Gastrin sind mehrere:

- Stimuliert die Sekretion von Enzymen im Magen, in der Bauchspeicheldrüse und im Dünndarm.

- Stimuliert die Sekretion von Wasser und Elektrolyten in Magen, Bauchspeicheldrüse, Leber, Dünndarm und Brunner-Drüsen (im Zwölffingerdarm vorhanden).

- Hemmt die Aufnahme von Wasser, Glukose und Elektrolyten im Dünndarm.

- Stimuliert die glatten Muskeln von Magen, Dünndarm und Dickdarm, Gallenblase und Schließmuskel der Speiseröhre.

- Hemmt die glatten Muskeln der Schließmuskeln Pylorus, Ileocecal und Oddi.

- Fördert die Freisetzung von Insulin und Calcitonin.

- Erhöht die Durchblutung der Bauchspeicheldrüse, des Dünndarms und des Magens.

Wie funktioniert Gastrin?

Die Wirkung von Gastrin steht in direktem Zusammenhang mit seiner Wechselwirkung mit einem spezifischen Transmembranrezeptorprotein, das als CCK2R oder CCKBR (Gastrinrezeptor) bekannt ist.

Dieser Rezeptor hat sieben Transmembransegmente und ist an ein G-Protein gekoppelt, das mit den zellulären Signalwegen von MAP-Kinasen assoziiert ist.

Gastritis und andere Krankheiten

Gastritis ist eine pathologische Erkrankung, die durch das gramnegative Bakterium Helicobacter pylori verursacht wird und unter den verschiedenen Symptomen eine schmerzhafte Entzündung der Magenschleimhaut verursacht.

Diese durch H. pylori verursachte Entzündung bewirkt die Hemmung der Expression des Hormons Somatostatin, das für die Hemmung der Produktion und Sekretion von Gastrin verantwortlich ist, was zu einer signifikanten Erhöhung der Sekretion dieses Hormons und einer Abnahme des Magen-pH führt durch übertriebene Sekretion von Magensäuren.

Krebs

Viele gastrointestinale Tumoren sind durch eine erhöhte Expression des für Gastrin kodierenden Gens gekennzeichnet. Von den am meisten untersuchten können kolorektales Karzinom, Pankreaskrebs und Gastrinom oder das Zollinger-Ellison-Syndrom erwähnt werden.

Einige dieser Pathologien können mit einer hohen Gastrin-Genexpression, einer fehlerhaften Verarbeitung von Vorläuferpeptiden oder einer Genexpression an anderen Stellen als dem Magen zusammenhängen.

Verweise

1. G. Dockray, R. Dimaline & A. Varro (2005). Gastrin: altes Hormon, neue Funktionen. Eur J Physiol, 449, 344–355.
2. Ferrand, A. & Wang, TC (2006). Gastrin und Krebs: Ein Rückblick. Cancer Letters, 238, 15–29.
3. Gregory, H., Hardy, P., D., J., Kenner, G. & Sheppard, R. (1964). Das Antralhormon Gastrin. Nature Publishing Group, 204, 931–933.
4. Jackson, BM, Reeder, DD & Thompson, JC (1972). Dynamische Eigenschaften der Gastrinfreisetzung. The American Journal of Surgery, 123, 137–142.
5. Walsh, J. & Grossman, M. (1975). Gastrin (erster von zwei Teilen). The New England Journal of Medicine, 292 (25), 1324–1334.