RENIN: STRUKTUR, PRODUKTION, SEKRETION, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Renin , auch als Angiotensinogenasa bekannt, ist eine Aspartylprotease, die wichtige Auswirkungen auf die Elektrolythomöostase und die Kontrolle des Blutdrucks bei Säugetieren hat.

Dieses Protein wird von der Niere in den Blutkreislauf ausgeschieden und ist für den Anstieg des Blutdrucks bei Versuchstieren verantwortlich, wenn Nierenextrakte injiziert werden.

Repräsentatives Schema des Renin-Angiotensin-Systems im menschlichen Körper (Quelle: Mikael Häggström über Wikimedia Commons)

Da es sich um eine Substanz handelt, die von einem Gewebe produziert und mit einem Ziel weit entfernt von seiner Produktionsstelle in den Kreislauf ausgeschieden wird, wird Renin als Hormon angesehen.

Die Hormone können Proteine ​​oder Polypeptide sein, einen steroidalen Ursprung haben oder von der Aminosäure Tyrosin abgeleitet sein. Renin ist in der Natur ein Proteinhormon und seine katalytische Wirkung beinhaltet die enzymatische Spaltung anderer Proteine ​​(es ist eine Protease).

Dieses Hormon wurde Ende der 1890er Jahre entdeckt. Erst Ende der 1990er Jahre wurden sein physiologischer Ursprung und seine molekulare Struktur genau bestimmt.

Struktur

Humanes Renin ist ein Glykoprotein mit enzymatischer Aktivität und einem Molekulargewicht von etwas mehr als 37 kDa. Das Molekül besteht aus zwei Domänen, die durch eine tiefe Spalte getrennt sind, in der sich sein aktives Zentrum befindet.

Beide Renindomänen sind in ihrer Sequenz ähnlich und bestehen hauptsächlich aus β-gefalteten Blättern.

Verschiedene Analysen der Sequenz dieses Proteins zeigen, dass es mehr als 30 basische Aminosäurereste aufweist, einschließlich verschiedener Arginine, Lysine und Histidine.

Darüber hinaus ist bekannt, dass sich in der gesamten Struktur hydrophobe Zentren und große hydrophile Oberflächen befinden, die dem Protein in verschiedenen Zusammenhängen Stabilität verleihen.

Das aktive Zentrum des Enzyms befindet sich in der Spalte, die von den beiden Domänen gebildet wird, und die für die Katalyse essentiellen Aminosäuren sind zwei Asparaginsäurereste an den Positionen 38 und 226, weshalb dies eine "Aspartyl" -Protease ist.

Produktion

Renin wird im juxtaglomerulären Apparat der Niere produziert, einer speziellen Struktur, die sich an der Kontaktstelle zwischen dem distalen Tubulus und seinem Glomerulus des Ursprungs befindet.

Dieser Apparat besteht aus drei Komponenten: den Granulatzellen, den extraglomerulären Mesangialzellen und der Macula densa.

Dichte Makula

Die Macula densa besteht aus einer Reihe eng miteinander verbundener kubischer Epithelzellen, die das Röhrchen an der Kontaktstelle mit dem Glomerulus auskleiden und als Beginn des distalen Tubulus angesehen werden.

Mesangialzellen

Die extraglomerulären Mesangialzellen bilden einen dreieckigen Bereich zwischen der afferenten Arteriole, der efferenten Arteriole und der Macula densa. Sie werden als Erweiterung der glomerulären Mesangialzellen angesehen. Sie werden auch Agranularzellen genannt.

Granulare Zellen

Die Granulatzellen werden als juxtaglomeruläre Zellen bezeichnet und befinden sich in den Wänden der afferenten und efferenten Arteriolen sowie im Bereich der extraglomerulären Mesangialzellen.

Diese Granulatzellen werden durch das Vorhandensein von sekretorischem Granulat in ihrem Zytoplasma bezeichnet. Reninhaltiges Granulat sowie eine Reninvorstufe, Pro-Renin, die aus Prä-Pro-Renin gebildet wird.

Pre-Pro-Renin ist ein Prehormon mit 406 Aminosäuren beim Menschen. Dieses Prähormon unterliegt einer posttranslationalen proteolytischen Spaltung, wodurch eine Sequenz von 23 Resten an seinem aminoterminalen Ende verloren geht.

Die Spaltung von Prä-Pro-Renin wandelt es in Pro-Renin um, das 383 Aminosäuren lang ist. Die anschließende Spaltung einer anderen Sequenz am N-Terminus von Pro-Renin steuert die Bildung von Renin, einer aktiven Protease mit 340 Aminosäuren.

Sowohl Pro-Renin als auch Renin können in den Kreislauf ausgeschieden werden, aber in diesem Bindegewebe wird nur sehr wenig Pro-Renin in aktives Renin umgewandelt. Die Enzyme, die für die Umwandlung von Pro-Renin zu Renin verantwortlich sind, sind als Kallikreine und Cathepsine bekannt.

Sobald Renin in den Kreislauf ausgeschieden ist, hat es eine Halbwertszeit von nicht mehr als 80 Minuten und die Sekretion ist stark reguliert.

Zusätzlich zur Niere kann Renin von anderen Geweben oder Organen wie Hoden, Eierstöcken, Wänden der Arteriolen, Nebennierenrinde, Hypophyse, Gehirn, Fruchtwasser und anderen produziert werden.

Obwohl für viele Tiere anwendbar, zeigen Studien zur Entfernung der Nieren, dass die zirkulierende Reninaktivität dramatisch auf Werte nahe Null abfällt.

Sekretion

Die Reninsekretion wird durch eine Reihe von Reizen erhöht, die auftreten, wenn das Volumen der extrazellulären Flüssigkeit abnimmt, wenn der arterielle Druck abnimmt oder wenn die sympathische Aktivität in den Nierennerven zunimmt.

Verschiedene Faktoren im Zusammenhang mit der Regulierung der Reninsekretion wurden beschrieben:

- Der von den Barorezeptoren (Dehnungsrezeptoren) der afferenten Arteriole erfasste Nierenperfusionsdruck

- Änderungen des Volumens und der Zusammensetzung der Flüssigkeit, die die Macula densa erreicht

- Aktivität der sympathischen Nierennerven

- Prostaglandine

- Atriales natriuretisches Peptid.

Der Barorezeptormechanismus der afferenten Arteriole bewirkt eine Abnahme der Reninsekretion, wenn der Druck der afferenten Arteriole auf der Ebene des juxtaglomerulären Apparats zunimmt. Seine Sekretion nimmt zu, wenn die Barorezeptoraktivität mit fallendem Druck abnimmt.

Ein weiterer Sensor zur Regulierung der Reninsekretion befindet sich in der Macula densa. Je höher die Na + - und Cl- -Reabsorptionsrate und die Konzentration dieser Elektrolyte in der Flüssigkeit ist, die die Macula densa erreicht, desto geringer ist die Reninsekretion und umgekehrt.

Eine erhöhte Aktivität der sympathischen Nierennerven sowie der zirkulierenden Katecholamine durch Noradrenalin, die an sympathischen Enden in juxtaglomerulären Zellen freigesetzt werden, erhöht die Reninsekretion.

Prostaglandine, insbesondere Prostacycline, stimulieren die Reninsekretion durch direkte Wirkung auf die Granulatzellen des juxtaglomerulären Apparats.

Angiotensin II hemmt durch einen negativen Rückkopplungseffekt die Reninsekretion durch direkte Wirkung auf Granulatzellen. Ein anderes Hormon wie Vasopressin hemmt die Reninsekretion.

Das atriale natriuretische Peptid (ANP), das im Vorhofmuskel des Herzens produziert wird, hemmt die Reninsekretion.

Die kombinierte Wirkung aller stimulierenden und hemmenden Faktoren bestimmt die Geschwindigkeit der Reninsekretion. Renin wird in das Nierenblut ausgeschieden und verlässt dann die Nieren, um im Körper zu zirkulieren. In den Nierenflüssigkeiten verbleibt jedoch eine geringe Menge Renin.

Eigenschaften

Renin ist ein Enzym, das selbst keine vasoaktiven Funktionen hat. Die einzige bekannte Funktion von Renin besteht darin, Angiotensinogen am Aminoterminus zu schneiden und ein Decapeptid namens Angiotensin I zu erzeugen.

Angiotensinogen ist ein Glykoprotein aus der Gruppe der von der Leber synthetisierten α2-Globuline, das im zirkulierenden Blut vorhanden ist.

Da Angiotensin I eine sehr schlechte Vasopressoraktivität aufweist und von einer anderen Protease "stromabwärts" verarbeitet werden muss, ist Renin an den ersten Schritten der Blutdruckregulierung in einem als Renin-Angiotensin bekannten System beteiligt.

Angiotensin II hat eine sehr kurze Halbwertszeit (zwischen 1 und 2 Minuten). Es wird schnell von verschiedenen Peptidasen metabolisiert, die es fragmentieren, und einige dieser Fragmente, wie Angiotensin III, behalten eine gewisse Vasopressoraktivität bei.

Die allgemeinen Funktionen des Renin-Angiotensin-Systems sind vielfältig und können wie folgt zusammengefasst werden:

- Arteriolare Verengung und Anstieg des systolischen und diastolischen Drucks. Angiotensin II ist für diese Funktion vier- bis achtmal wirksamer als Noradrenalin.

- Erhöhte Aldosteronsekretion aufgrund der direkten Wirkung von Angiotensin II auf die Nebennierenrinde. Das Renin-Angiotensin-System ist der Hauptregulator der Aldosteronsekretion.

- Erleichtert die Sekretion von Noradrenalin durch direkte Wirkung auf postganglionäre sympathische Neuronen.

- Es beeinflusst die Kontraktion von Mesangialzellen, wodurch die glomeruläre Filtrationsrate verringert und aufgrund einer direkten Wirkung auf die Nierentubuli die Natriumresorption erhöht wird.

- Auf Gehirnebene reduziert dieses System die Empfindlichkeit des Barorezeptorreflexes, wodurch die vasopressorische Wirkung von Angiotensin II verstärkt wird.

- Angiotensin II stimuliert die Wasseraufnahme durch Förderung der Durstmechanismen. Es erhöht die Sekretion von Vasopressin und dem Hormon ACTH.

Verwandte Pathologien

Das Renin-Angiotensin-System spielt daher eine wichtige Rolle bei hypertensiven Pathologien, insbesondere solchen mit Nierenursprung.

Auf diese Weise erzeugt die Verengung einer der Nierenarterien eine anhaltende Hypertonie, die rückgängig gemacht werden kann, wenn die ischämische (defekte) Niere entfernt oder die Verengung der Nierenarterien rechtzeitig gelöst wird.

Eine Erhöhung der Reninproduktion ist im Allgemeinen mit einer einseitigen Verengung der Nierenarterie verbunden, die eine der Nieren verbindet, was zu Bluthochdruck führt. Dieser klinische Zustand kann auf angeborene Defekte oder andere Nierenkreislaufstörungen zurückzuführen sein.

Die pharmakologische Manipulation dieses Systems ist neben der Verwendung von Angiotensin-II-Rezeptorblockern das grundlegende Instrument zur Behandlung der arteriellen Hypertonie.

Hoher Blutdruck ist eine stille und fortschreitende Krankheit, von der ein großer Teil der Weltbevölkerung betroffen ist, insbesondere Erwachsene über 50 Jahre.

Verweise

1. Akahane, K., Umeyama, H., Nakagawa, S., Moriguchi, I., Hirose, S., Iizuka, K. & Murakami, J. (1985). Dreidimensionale Struktur des menschlichen Renins. Hypertonie, 7 (1), 3–12.
2. Davis, J. & Freeman, R. (1976). Mechanismen zur Regulierung der Reninfreisetzung. Physiological Reviews, 56 (1), 1–56.
3. Guyton, A. & Hall, J. (2006). Lehrbuch der Medizinischen Physiologie (11. Aufl.). Elsevier Inc.
4. E. Hackenthal, M. Paul, D. Ganten & R. Taugner (1990). Morphologie, Physiologie und Molekularbiologie der Reninsekretion. Physiological Reviews, 70 (4), 1067 & ndash; 1116.
5. Morris, B. (1992). Molekularbiologie von Renin. I: Gen- und Proteinstruktur, Synthese und Verarbeitung. Journal of Hypertension, 10, 209–214.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. Ausgabe). McGraw-Hill Medical.
7. West, J. (1998). Physiologische Grundlagen der medizinischen Praxis (12. Aufl.). Mexiko DF: Editorial Médica Panamericana.