Lieber Herr Kollege Weißschädel, meine Damen und Herren, mit Vorschusslorbe in bedacht zu werden ist natürlich immer sehr schwierig, aber ich hoffe trotzdem, dass ich als letzter Sprecher dieses inhaltreichen Tages noch eine gewisse Aufmerksamkeit finden kann. Ich möchte ein Thema wieder aufgreifen, dass ich

vor drei Jahren auf der Nindauer Zusammenkunft schon einmal behandelt habe und deshalb in der Zwischenzeit auf diesem Gebiet eine Reihe

methodischer Fortschritte erzielt und damit wichtige neue Erkenntnisse gewonnen worden sind. Zum Zweck der Einleitung möchte ich an das anknüpfen, was ich beim letzten Mal erzählt habe. Das medizinische Interesse an den Fragen der

Regulation der Cholesterinsynthese entspringt zwei Wurzeln. Einmal aus der Tatsache, dass sich die atheromatösen Ablagungen, die in den Gefäßen Kreislauf kranker Patienten gefunden werden durch einen hohen

Cholesteringehalt auszeichnen und zum anderen als dem Ergebnis epidemiologischer Studien. Nur mit dem Wesen epidemiologischer Studien sind die Mediziner unter ihnen wohl vertraut. Für die anderen unter meinen Zuhörern sollte ich aber

zu deren Erklärung vielleicht doch ein paar Worte sagen. Und das Wesen epidemiologischer Studien ist die statistische Betrachtungsweise. Darauf beruht, dass man ein möglichst großes Kollektiv von Patienten mit unterschiedlicher Ausgangssituation für mehrere Jahre verfolgt und

untersucht, wie sich Unterschiede in der Ausgangssituation auf die Entstehung bestimmter Krankheiten auswirkt. Man spricht in diesem Auftreten einer bestimmten Krankheit begünstigen. Zur Illustration des

Gesagten. Wenn man sich heute in ein Auto setzt, dann besteht in Anbetracht der Verkehrsdichte und der fehlenden Geschwindigkeitsbegrenzung auf unserem Autobahn ein gewisses Risiko, dass man in einem Unfall schwer beschädigt wird oder sein ganzes Leben einbüßt. Und dieses Risiko lässt

sich durch statistische Erhebungen quantativ erfassen. Man hat nun solche statistische Erhebungen an Patienten mit unterschiedlichem Cholesteringehalt des Blutes durchgeführt und über einen längeren Beobachtungszeitraum hin die Entstehung von Kreislaufkrankheiten

verfolgt. Das erste Bild bitte. Das Ergebnis von drei D-artigen Studien an Einwohnern der amerikanischen Kleinstadt Framingham, wie sie oben sehen können, an leitenden Geschäftsleuten von Minnesota oder an

staatlichen Angestellten in Albany durchgeführt, ist in diesem Bild wiedergegeben. In dieser Darstellung war das relative Risiko auf der Ordinate aufgetragen, in den Gruppen unterschiedlichen Serum- Cholesteringehaltes, wie auf der Abszisse aufgetragen, auf das Risiko der Gruppe

mit dem niedrigsten Cholesterinspiegel, das heißt 200 Milligramm Prozent oder weniger, wie auf der linken Seite zu sehen ist. Und dieses Risiko wurde gleich 100 gesetzt. Wie man aus dieser Abbildung sehen kann, war das Auftreten von Gefäßkrankheiten des Herzens in der Gruppe von Patienten,

deren Serum-Cholesterinspiegel bei 260 Milligramm Prozent oder darüber lagen, drei bis fünfmal häufiger als in der Bezugsgruppe. Nur aus der Abbildung gleichzeitig entdehnen kann, haben in allen Untersuchungen das Risiko mit steigendem Cholesteringehalt kontinuierlich

zu. Welche sind nun die Faktoren, welche den Cholesteringehalt des Serums bestimmen? Zur Beantwortung dieser Frage müssen wir uns daran erinnern, dass Cholesterin einen Bestandteil aller Gewebe darstellt und dort als

Bauelemente in den Membranstrukturen der Zellen, das heißt in denen den Inhalt des Zellinneren gegen die Umgebung abschirmenden Zellmembranen, aber auch in den Mitochondrien, von denen Herr Kloth vorhin so viel erzählt hat, den Kraftwerken der Zelle oder dem endoplasmatischen Ritikulum, von

dem Herr Kloth ja auch gesprochen hat, dem Sitz, der für die Eiweissynthese verantwortlichen Ribosomen und vieler membrangebundener Enzymen angetroffen wird. Im Blutstrom ist Cholesterin in freier Form und

teilweise auch als Ester mit organischen Karbonsäuren in der Lipoproteinfraktion enthalten, auf deren Zusammensetzung ich später in meinem Vortrag noch einmal zurückkommen werde. Und das Cholesterin des Blutserums steht mit dem der Gewebe, insbesondere mit dem der Leber, im ständigen

Austausch. Außerdem wird der Cholesterinspiegel im Serum von der Esorption des Cholesterins aus der Nahrung determiniert. Und hier ist zu berücksichtigen, dass die tägliche Cholesterin zufuhr mit der Nahrung in

verschiedenen Gegenden der Erde, in weiten Grenzen, nämlich zwischen Werten von etwa 90 Milligramm für die Völker Ostasiens und etwa 700 Milligramm für die Nordamerikaner schwankt. Für die Mitteleuropäer werden aus statistischen Untersuchungen Werte zwischen 300 bis 400 Milligramm

angegeben, also aus der Nahrung 0,1 bis 0,7 Gramm. Und für die Abgabe des Cholesterins aus dem Gewebe an das Blut und unter ihnen steht die Leber neben der Darmschleimhaut im Vordergrund, spielt die endogene Synthese

selbstverständlich eine maßgebliche Rolle. Wie steht es nun mit der Ausscheidung? Für die Ausscheidung des Cholesterins aus dem Organismus spielt seine Umwarnung in Gallensäuren, die in der Leber zustande kommt, entscheidende Rolle. Da wird ein großer Teil der in den

Kreislauf wieder in die Leber zurückgeholt, aber ein Teil kommt mit den Fezes zur Ausscheidung und diese Menge beträgt etwa 0,8 bis 1 Gramm, wie Sie aus dieser Figur nehmen können. In einer Bilanz des Cholesterin-Umsatzes

im Organismus können wir den Enterop-hepatischen Kreislauf ignorieren. In diesem Zusammenhang interessieren einerseits die Mengen, die in Form von Gallensäuren ausgeschieben werden und zum anderen die Mengen, die aus der

Nahrung und der endogenen Synthese stammen. In dieser Bilanz, dass mit der Nahrung zugeführte Cholesterin größeren Schwankungen unterliegt, erkennt man sofort, dass die Biosynthese des Cholesterins im Organismus reguliert und auf diese

Weise in Einklang mit dem Bedarf gebracht werden muss. Zufuhr von viel Cholesterin mit der Nahrung führt zu einer Drosselung der Cholesterin-Biosynthese und umgekehrt, was schon von vielen Jahren von Gold und Tyler in Amerika

erstmalig nachgewiesen wurde. An dieser Stelle ist es nun endlich angebracht, den Weg der Cholesterin-Biosynthese zu beschreiben, wie er sich uns aufgrund biochemischer Untersuchungen heute darstellt.

Demnach geht die Synthese des Cholesterins von Acetyl-CoA, der sogenannten aktivierten Essigsäure, aus, die beim biologischen Abbau der Cholesterinhydrate, der Fette und auch des Eiweiß-Moleküle entsteht. Und der Aufbau des Cholesterin-Moleküls aus 18 Molekülen Acetyl-CoA geht in

einem vielstufigen Prozess vor sich, der etwa 30 Reaktionsschritte umfasst, von denen die Hälfte im Schema der Abbildung wiedergegeben sind. In der ersten Phase auf der linken Seite zu sehen werden 3 Moleküle

Acetyl-CoA unter wiederholter Kondensation zu Beta-Hydroxy-Beta-Methyl-Gutaryl-CoA kondensiert und diese Verbindung, von der wir noch mehr sprechen werden, wird von den Biochemikern abgekürzter Form HMG-CoA genannt.

Und die Reduktion dieses HMG-CoA durch NADPH führt zur Mevalonsäure. Und die Umwandlung der Mevalonsäure in den eigentlichen Baustein des Cholesterins, das von den Biochemikern als aktives Isopren bezeichnete Isopentenyl

Pyrophosphat, das Sie hier auf der rechten Seite sehen, erfordert 3 Moleküle ATP und schließt die Abspaltung eines Kohlenstoffatoms aus dem verzweigt-kettigen Molekül der Mevalonsäure in Form von Kohlendioxid

ein. Im Isopentenyl Pyrophosphat sind nur noch 5 Kohlenstoffatome vorhanden. Nun 3 Moleküle Isopentenyl Pyrophosphat, von denen eines zu Dimethylalyl Pyrophosphat isomerisiert wird, treten nun zu

Farnesyl Pyrophosphat zusammen, das Sie hier unten rechts sehen. Aus dem auf dem Wege einer reduktiven Dimerisierung schließt sich das 30 Kohlenstoffatome enthaltene ungesättigte Derivat Squalane entsteht.

Die Umwahlung des Squalanes in Cholesterin, die in der Abbildung nicht mehr im Einzelnen dargestellt ist, schließt eine durch Einbau von Sauerstoff ausgelöste Zyklusierung des Moleküls und der Bildung von Lanosterin ein und anschließende Folge von

Oxidationsprozessen mit dem Resultat, dass wiederum 3 Kohlenstoffatome in Form von Kohlendioxid eliminiert werden und schließlich das Cholesterin Molekül mit 27 Kohlenstoffatomen entsteht. Was nun die Regulation dieser langen Reaktionsfolge betrifft, so konnte

ausgelöst durch eine Untersuchung von Nancy Bucher schon vor mehreren Jahren durch ein Experiment in unserem Laboratorium nachgewiesen werden, dass das für die Reduktion des HMG-KoA zu Meralonsäure verantwortliche

Enzym HMG-KoA-Reduktase, wie es heißt, gesteuert wird. Sie zeigen, dass die Aktivität dieses Enzyms in der Leber von Hungerratten, in welchen die Synthese von Cholesterin aus Essigsäure oder aus

Meralonsäure, aber kaum betroffen ist, nahezu vollständig verschwunden war. Und der Ausbau dieser Versuche, an denen aus unserem Arbeitskreis auch viele andere Laboraturien beteiligt waren, hat dann die ganz maßgebliche

Rolle der HMG-KoA-Reduktase im Regulationsgeschehen der Cholesterin-Biosynthese erwiesen. Nächste Bild, bitte. Insbesondere wurde auch gezeigt, dass die homeostatische Kontrolle durch Cholesterin, dem

Endprodukt, der auf der Stufe von HMG-KoA von anderen Stoffwechselbahnen, wie etwa der Ketogenese, der Bildung von AC Essigsäure, die hier rechts angezeigt ist, abzweigenden Synthesekette an der HMG-KoA-Reduktase angreift.

Nach Fütterung der Versuchstiere mit Cholesterin ging die Aktivität dieses Enzyms stark zurück und das soll hier durch diesen Balken ausgedrückt werden, der von Beta-Hydroxie, Beta-Methylgutarül, Cholestimaz und Meralonsäure führt. Und Übereinstimmung zwischen der Geschwindigkeit

der Cholesterin-Synthese und der Aktivität der HMG-KoA-Reduktase ergab sich auch bei Untersuchungen zum täglichen Rhythmus der beiden Größen. Sie haben ja heute Vormittag über die biologischen Uhren gehört und es hat

sich gezeigt, dass auch hinsichtlich der Cholesterin-Synthese ein solcher Rhythmus existiert. Dieses Phänomen des Rhythmus der Cholesterin-Synthese wurde von Bach und Hambrecht in unserem Laboratorium entdeckt. Das nächste Bild. Hier wurde der Einbau von radioaktiver Essigsäure in Cholesterin

gemessen und dabei ergab sich bei Versuchen an der Rattenleber, dass dieser Einbau in den Nachtstunden, Sie sehen hier unten auf der Tageszeit aufgetragen, dass dieser Einbau in den Nachtstunden um ein Vieles

schneller erfolgt als während des Tages. Die Fähigkeit zur Cholesterin-Synthese, also zwischen einem Minimum in der Mittagszeit und einem Maximum um Mitternacht pendelt. Das gilt für die Ratten. Ratten sind Nachttiere, bei denen ist die Höchststärke natürlich im Dunkeln. Und bemerkenswert war

auch der Befund, dass dieser Anstieg der Syntheserat in den Nachtstunden durch Verfütterung von Gallensäuren, die wie Cholesterin als homeostatischer Inhibitor in den Syntheseprozess eingreifen, verhindert werden kann. Sie sehen hier einen Versuch, die untere Kurve, die vollen Punkte,

dembei diese Pfeile geben einfach die Schwankungsbreiten der Messungen aus. Sind natürlich viele Tiere untersucht worden. Also diese rechten Pfeile geben die Schwankungsbreiten an. Sie sehen, dass hier in dem Versuch mit Cholsäure, also Colic Acid, dass hier dieser Ansteig in den Nachtstunden

ausbleibt. Und dass die beobachteten rhythmischen Erscheinungen sich in entsprechenden Veränderungen der HMG-QA-Reduktase-Aktivität widerspiegeln, welche dann von Hambrecht in München gezeigt und in mehreren Laboratorien bestätigt. Das nächste Bild zeigt das Ergebnis, das Ergebnis

der Messungen von Hambrecht. Hier ist die Aktivität der HMG-QA-Reduktase auf der Ordinate aufgetragen. Sie sehen, dass zwischen Dunkel und Licht die Enzymaktivität diese Schwankungen zeigt. Was nun die Ursache des täglichen Rhythmus der HMG-QA-Reduktase oder auch die Erniedrigung

der Enzymaktivität durch Cholesterin, Gallensäuren oder durch Fasten betrifft, so wurden alle diese Erscheinungen mit Veränderungen in der Syntheserate des Enzymproteins in Verbindung gebracht. Nächste Bild,

bitte. Enzymproteine sind wie fast alle anderen Bestandteile lebender Zellen in einem ständigen Umsatz begriffen, sodass ihre Konzentration in einem stationären Fließzustand entspricht, der sich durch das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Synthese, Links und Abbau ergibt.

Wenn nun die Geschwindigkeit des Abbaus der HMG-QA-Reduktase konstant bleibt, muss eine gestörte Synthese zu einer Erniedrigung der Enzymaktivität oder im Gegenteil eine beförderte Synthese zu einer Erhöhung der

Enzymaktivität führen. Und diese Annahme wurde durch die Beobachtung gestützt, dass Verabreichung von antibiotischen Inhibitoren der Proteinsynthese an die Versuchstiere den täglichen Rhythmus, das heißt

den Anstieg der Enzymaktivität in den Abendstunden verhindert. Der tägliche Rhythmus der Reduktaseaktivität, die sich somit durch Veränderungen in der Synthesegeschwindigkeit des Enzym-Poteins erklären. Der Abbau des Proteins erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit,

entsprechend einer halben Lebensdauer von etwa drei bis vier Stunden. In den letzten Jahren hat man jedoch an verschiedenen Stellen Befunde gewonnen, die dafür sprechen, dass zusätzlich durch diese Art der Kontrolle,

die man als Langzeitkontrolle der HMG-QR-Reduktase bezeichnen könnte, noch sehr viel schneller wirkende Regulationsmechanismen am Werke sind. In einer Untersuchung von Higgins & Rodney in Vereinigten Staaten wurden beispielsweise beide Parameter, Gehalt an Enzymprotein und Aktivität der HMG-QR-Reduktase

in der Leber von Ratten erfolgt, die an einen hell-dunkel-Zyklus gewöhnt waren. Um den Gehalt an Enzymprotein zu messen, wurde ein spezifisches Immunserum

benützt, zu dessen Gewinnung, die aus dem endoplasmatischen Reticulum durch Behandlung mit Deoxycholat-Lösungen herausgelöste HMG-QR-Reduktase gereinigt und das gereinigte Enzym wiederholt an Ziegen indiziert wurde.

Mit dem auf diese Weise gewonnenen, spezifisch gegen HMG-QR-Reduktase gerichteten Antiserum, konnte der Gehalt der Rattenleber an Enzymprotein durch Titration quantitativ gemessen werden. Parallel dazu wurde die Enzymaktivität bestimmt.

Das Ergebnis dieser Untersuchung ist im nächsten Bild gezeigt. Hier waren die Ratten an einem hell-dunkel-Zyklus zwischen

zwischen 18 Uhr und 6 Uhr morgens gewöhnt, und hier auf der linken Seite sind nur die Ergebnisse an normal ernährten Ratten wiedergegeben. Hier ist aufgetragen die Enzymaktivität, das sind die Kreuze, und hier die Menge an Enzymprotein, das mit dem Antiserum bestimmt wurde,

und Sie sehen, dass der Verlauf der beiden Kurven, die Sie hier sehen, sehr genau übereinstimmt. Auf der rechten Seite wurden nur die Tiere mit Cholesterin gefüttert. Zu sehen, dass der Enzymspiegel durch das Antiserum bestimmt, den selben Verlauf zeigt wie in der Kontrollratte.

Aber die Enzymaktivität nahm nach 6 Stunden schon sehr stark ab, und wenn man nun den zweiten Tag beobachtet, also am zweiten Tag 24 Stunden später, dann zeigt es sich in den normal gefütterten Tieren, die wieder die hohen Tage des Mittagswertes,

die hohen Werte des Mittags, während hier in den mit Cholesterin gefütterten Tieren dieser Anstieg der beiden Aktivitäten nicht mehr zu beobachten war. Aus diesen Beobachtungen geht eindeutig hervor, dass der tägliche Rhythmus

der HMG-CoA-Reduktase in der Tat durch Variationen in der Geschwindigkeit der Proteinsynthese verursacht ist. Die Fütterung von Cholesterin hatte doch eine doppelte Wirkung. Erstens einen unmittelbaren Effekt, der von der Proteinsynthese unabhängig ist.

Sie sehen hier die Aktivität nicht ab im rechten Bild, aber das Enzymprotein ist noch vorhanden. Und daneben zweitens einen sehr viel langsamer einsetzenden Effekt, der eine Hemmung der Proteinsynthese im Sinne einer Repression bewirkt. Und eine solche doppelte Wirkung des Cholesterins geht aus Versuchen von Frons und Mitarbeitern hervor.

Diese Autoren fanden bei Versuchen an lebenden Ratten, dass die Injektion des Proteinsynthese-Hemmers-Zykohexamid die Cholesterinsynthese beträchtlich langsamer unter Bind rückt als die Injektion von Cholesterin.

Was nun die in diesen Versuchen gefundene Kurzzeitkontrolle der HMG-CoA-Reduktase durch Cholesterin-Gabe betrifft, so steht sie möglicherweise in Einklang in Beziehung zu den kürzlich fürchtlichen Befunden von Beck-Almanen-Gipsen.

Gegen amerikanischen Autoren fanden lässig die HMG-CoA-Reduktase-Aktivität von Leberhomogenaten, Leberschnitten und isolierten Zellen durch Vorinkubation mit zyklischem 3-5-Amp, dem Second Messenger von Sutherland-Hemmen.

Sie fanden außerdem, dass die Enzymaktivität einer gewaschenen Mikrosomenfraktion aus Leber, die die Komponenten des endoplasmatischen Reticulums und der Einschluss der HMG-CoA-Reduktase enthält,

bei Vorinkubation mit Magnesium, ATP und einer Proteinfraktion aus dem löstlichen Anteil der Leberzelle stark abnimmt, diese Aktivitätsabnahme jedoch dadurch wieder aufgehoben werden kann, wenn die Mikrosomenfraktion mit

einer zweiten Proteinfraktion, die ebenfalls aus dem löstlichen Anteil stammte, inkubiert wurde. Diese Befundung, die durch Beobachtungen anderer Forscher unterstützt wurden, könnte man so deuten, dass HMG-CoA-Reduktase zur Klasse der sogenannten interkonvertierbaren Enzyme zählt,

jener Enzymklasse, die ja durch die Untersuchungen von unserem Gastherrn Kori ans Licht gebracht wurden, und dass diese HMG-CoA-Reduktase durch Phosphoryllierung unter der Wirkung einer Zyko-AMP-abhängigen Proteinkinase, wie Sie hier oben sehen, und Beteiligung von ATP in eine inaktive Form umgewandelt

wird, und dann durch das Eingreifen einer Phosphoprotein-Phosphatase und der Abspaltung von anorganischem Phosphat wieder reaktiviert werden kann.

Ich möchte mich mit der Erwähnung dieser Hypothese begnügen. Ob sie im vollen Umfang zutrifft und sie mit ihrer Hilfe eventuell auch die von verschiedenen Seiten gefundenen hormonelle Beeinflussung der Cholesterinsynthese erklären lassen wird, müssen weitere Versuche klären.

Ich will mich in meinem Vortrag mit der Feststellung begnügen, dass die Hormone Insulin und Triodtyronin, Schilddresenhormon, die Cholesterinsynthese aktivieren können, aber

wegen der Unklarheit, die ich hinsichtlich ihres Wirkungsmechanismus besteht, nicht weiter darauf eingehen. Ich möchte mich stattdessen mit Versuchen meines Mitarbeiters Joachim Siedl beschäftigen, in dem erstmalig

der HMG-QA-Gehalt in der Leber von Ratten unter den verschiedensten Stoffwechselbedingungen untersucht wurde. Der Gehalt an diesem Zwischenprodukt der Cholesterin und, wie Sie sich erinnern werden, auch der Acids-Essigsorgesynthese, ist so gering, dass es nötig war, eine sehr empfindliche Bestimmungsmethode auszuarbeiten.

Das Prinzip der Methode ist schnell erzählt. Sie bedient sich der enzymatischen Reduktion des aus der Leber extrahierten HMG-QA mittels Tritiumhaltigen NADPH.

Bei dieser Reduktion, die ich in Gegenwacht eines aus der Hefe isolierten Enzyms durchgeführt habe, kann ich mal einen Augenblick Licht haben.

Wenn man also hier ein NADPH einsetzt, das hier in der B-Seite durch Tritium markiert ist, dann steht dabei eine Mevalonsäure, die hier oben zwei Tritiumatome enthält.

Die kann man nun isolieren und aus dem Tritiumgehalt dieser Mevalonsäure kann man natürlich auf die Menge ursprünglich vorhandener, ursprünglich vorhandener HMG-Coenzyma zurück schließen.

Diese Bestimmungsmethode erfordert eine Eichkurve, die mit bekannten Mengen HMG-Coenzyma gewonnen werden kann. Das nächste Bild zeigt die Abhängigkeit zur Menge des HMG-Coenzyma eingesetzt.

Das heißt, mit dieser Methode kann man also ohne weiteres den HMG-Coenzymagehalt, wie Sie sehen, in sehr kleinen Nanomohle HMG-QA kann man also sehr genau bestimmen.

Herr Siedl hat diese neue Methode zunächst bei Ratten eingesetzt, die durch Injektion von Alloxan in den diabetischen Zustand versetzt worden waren. Diese Ratten wurden nach der Alloxan-Gabe acht Tage lang mit Depotinsulin substituiert, um sie in einen scheingesunden Zustand zu bringen.

24 Stunden vor dem Töten wurde dann die Insulinsubstitution abgebrochen, mit dem Resultat, dass die Tiere einen akuten Diabetes mit starker Gewichtsabnahme und größerem Flüssigkeitsverlust entwickelten. Das Ergebnis einer solchen Versuchsreihe, wobei für jeden Messpunkt mindestens sieben Ratten ausgewertet wurden, ist dem nächsten Bild wiedergegeben.

Nächste Bild bitte. Hier ist die normale Ratte, hier ist die alloxand-diabetische Ratte, die aber mit Insulin substituiert war, und hier ist die Insulin-Ezug 24 Stunden vor der Schlachtung.

Und hier ist nun der HMG-Coenzyma-Spiegel wiedergegeben. Sie sehen das, wie zu erwarten, in der diabetischen Ratte, die ja Riesenmengen von Az-Ezigsäure und Beta-Hydroxybuttersäure ausscheidet,

die also auch einen hohen Glukosespiegel im Blute hat, dass in dieser Ratte der HMG-Coenzyma-Spiegel angestiegen ist. Das heißt, Ausdruck dafür, dass die erhöhte Az-Ezigsäurebildung in der Leber im diabetischen Zustand im wesentlich

auf die gesteigerte Anlieferung von HMG-Coenzyma als Folge der Umspaltung der Energiegewinnung von Kohlenhydratoxidation auf Fettoxidation beruht. Eine solche Umschaltung tritt auch im fastenden Organismus ein, und demzufolge fand Siedl, wie

das nächste Bild zeigt, in der Leber von Ratten, die 24 Stunden gehungert hatten, parallel zum Anstieg der Getonkörper, wiederum hier diesen Schrafierten aufgezeichnet, parallel zum Anstieg der Getonkörper im Blut einen erhöhten HMG-CoA-Spiegel.

Im Zusammenhang mit unseren Untersuchungen zur Regulation der Cholesterinsynthese studierte Siedl auch den Einfluss einer Cholesterinfütterung auf den HMG-CoA-Spiegel. In dieser Versuchsreihe wurden die Ratten zwei Tage lang mit einem Standardfutter, dem

3% Cholesterin zugesetzt war, gehalten und in der Dunkelperiode um 22 Uhr geschlachtet. Und die Ergebnisse der verschiedenen Messungen sind in der Abbildung wiedergegeben. Nächste Bild, bitte. Hier ist nun wiedergegeben, Sie sehen, normal gefüttert

HMG-CoA-Spiegel, HMG-CoA-Reduktaseaktivität, Getonkörperbildung und nun nach Cholesterinfütterung. Wie erwähnt, wir haben ein absinkender HMG-CoA-Reduktaseaktivität, kein Einfluss auf den Kontorkörperspiegel, aber interessanterweise ein absinkendes HMG-CoA in der Leber.

Und die Erklärung dieses Versuches fällt uns im Augenblick noch schwer, insbesondere auch deshalb, weil wir mit unserer Messmethode nur das gesamte HMG-CoA der Mittel der Zelle bestimmen und nicht zwischen dem HMG-CoA der Mittel von drin und dem des Zytoplasmas differenzieren konnten.

Dies wäre aber nötig gewesen, weil es heute durch Untersuchungen mehrerer Arbeitskreise erwiesen ist, dass in der Zelle in beiden Kompatimenten HMG-CoA gebildet wird.

Der eine Prozess in den Mitochondrien auf der linken Seite gezeigt, ist für die Ketogenese verantwortlich. Der zweite davon unabhängige Prozess läuft im Zytoplasma ab und ist für die Cholesterinsynthese von Bedeutung.

Und Lane und seine Mitarbeiter konnten experimentell nachweisen, dass die Enzyme Thiolase und HMG-CoA Synthase, die für die Bildung des HMG-CoA verantwortlich sind in beiden Prozessen, dass diese

Enzyme ebenfalls reguliert sind und besonders die Synthase in ihrer Aktivität durch Cholesterinfütung beeinflusst wird. Es sind in Anbetracht dieser Komplikation nun darum bemüht, den HMG-CoA-Gehalt des Zytoplasmas unter Mitochondrien getrennt

zu bestimmen, um auf diesem Wege zu definierten Aussagen über die Flussgeschwindigkeit der Syntheseprozesse in beiden Kompatimenten zu gelangen. Lassen Sie mich nun im letzten Abschnitt meines Vortrags noch auf ganz neue Ergebnisse zu

sprechen kommen, die bei Arbeiten mit isolierten Zellen oder mit Zellen in der Gewebekultur erhalten wurden. Die Anwendung dieser neuen Technik auf das Problem der Regulation der Cholesterinsbiosynthese hat den großen Vorzug, dass die Wirkung von zugesetzten Stoffen an der isolierten Zelle unmittelbar studiert werden kann und die

beobachteten Effekte nicht durch die Mitwirkung anderer Gewebe wie bei den Versuchen an lebendem Tier zustande kommen. Nun viele Zelltypen wie Hepatomazellen, menschliche Nierenzellen, menschliche Leukozyten oder menschliche Fibroblasten

der Haut sprechen in der Gewebekultur auf den Lipidgehalt des Mediums an. In Gegenwart von Lipid-freiem Serum, also einem Serum, von dem man die Lipide durch Zentrifugation abgetrennt hat, synthetisieren

diese Zellen Cholesterin in wesentlich größerer Geschwindigkeit als in Gegenwart von Normalserum, also einem Serum, das auch Lipid enthält. Dabei ließe sich wiederum nachweisen, dass diese Steuerung der Cholesterinsynthese durch Lipide, das Enzym HMG-QA

-Reduktase betrifft, die Erniedrigung der Cholesterinsynthese im lipidhaltigen Medium also auf eine niedrige HMG-QA-Reduktaseaktivität zurückgeht. Die Normalserum für diesen effektverantwortlichen Faktoren konnten mit zwei Fraktionen von Lipoproteinen, den sogenannten

Low Density Lipoproteinen, abgekürzt LDL, und den Very Low Density Lipoproteinen, abgekürzt VLDL, identifiziert werden.

Die dritte Lipoproteinfraktion des Serums, die sogenannten High Density Lipoproteine, abgekürzt HDL, war im Gegensatz dazu zur Erniedrigung der Enzymaktivität in den kultivierten Zellen nicht befähigt.

Dies legte den Verdacht nahe, dass ein besonderes Protein, das Apolipoprotein B oder ApolDL genannt, das in LDL und VLDL enthalten ist, aber in HDL fehlt, an der gefundenen Unterdrückung von HMG-QA-Reduktase,

was maßgeblich beteiligt ist. Das nächste Bild soll in nur einer Analyse des VLDL, des Very Low Density Lipoproteins, wiedergeben, in

dem also, Hauptsache sind Trighyzeride, aber es ist Cholesterin 10%, auch Cholesterin Ester vorhanden, dann Phospholipide 15%, und Faktion ist, die Proteine, die ist ebenfalls aus zwei verschiedenen, aus mehreren Komponenten zusammengesetzt, aber der wesentliche Bestandteil ist dieses ApolDL oder das Lipopetalipoprotein, Apolipoprotein, wie es genannt wird.

Es war in der Verdacht nahe, dass dieses ApolDL oder Apolipoprotein für die Unterdrückung der HMG-QA-Reduktase-Synthese in Gegenwart dieser Lipoproteinfraktion verantwortlich ist.

In bester Übereinstimmung mit dieser Annahme wurde dann auch tatsächlich gefunden, dass das Blutserum eines Patienten, der an einer A -Petalipoproteinemielit, einer erblichen Krankheit, wie das Fehlen des Apolipoproteins B oder des ApolDL, wie es in dieser Figur angezeigt ist,

und folglich auch der zugehörigen Lipide ausgezeichnet ist, die Aktivität der HMG-QA-Reduktase in normalen Zellen nicht beeinflusst. Und die Wirkung der aktiven Lipoproteinfraktionen des Serums war besonders ausgeprägt in Kulturen von Fibroblasten aus menschlicher Haut.

Hier fanden die amerikanischen Autoren Brown und Goldstein, und ich glaube, ich sollte ihren Namen hier anschreiben.

Diese Autoren fanden bei Versuchen an den Fibroblastenkulturen aus der menschlichen Haut, dass die Aktivität der HMG-QA-Reduktase in normalen Fibroblasten,

die bei Züchtung in vollserumhaltigen Medium nur niedrige Enzymeaktivitäten erreichten, auf das 40-fache anstiegen, wenn die Lipoproteinkomponenten aus dem Serum entfernt wurden. Und die Untersuchungen der amerikanischen Autoren eröffneten schließlich einen ganz neuen Einblick in die Pathologie des Cholesterinstoffwechsels,

als in ihre Experimente auch Fibroblasten aus Patienten, die an familiärer Hypercholesterin-Emiliten einbezogen. Bei dieser dominant vererblichen Krankheit ist die in der Fraktion

der Lipoproteine vom LDL-Typ des Blutplasmas anzutreffende Cholesterinkonzentration stark erhöht. Und das will ich Ihnen anhand einer Familiengeschichte zeigen, die im nächsten Bild wiedergegeben ist.

Hier ist also das Schicksal einer Familie wiedergegeben, in der zwei heterozygote Eltern insgesamt neun Kinder bekamen. Drei von ihnen waren glücklicherweise normal, vier heterozygote und zwei homozygote.

Und hier ist nun aufgetragen untereinander das Alter und der Cholesterin-Gehalt. Und Sie sehen, dass bei dieser Krankheit der Cholesterin-Gehalt das Serum steher stark ansteigt. Hier bei den Homozygoten Werte von 618 bzw. 730 Milligramm Prozent, auch in den heterozygoten ist der

Wert sehr viel höher als in den normalen Patienten, bei denen es bei ungefähr 200 Milligramm Prozent liegt. Parallel zu diesem Anstieg des Cholesterinspiegels im Plasma findet man auch eine Anreichung von Cholesterin in den Körpergeweben,

die bis zur Bildung cholesterinhaltiger Xantholäsmen und Xanthome reicht und von einer Atherosclerose, der Blutgefäße des Herzens begleitet ist. Personen, die an dieser Krankheit leiden, sterben im Allgemeinen schon im Jugendlichen Alter an Herzversagen.

Das nächste Bild, die nächsten beiden Bilder, sollen Ihnen nur solche Xanthome zeigen, das sind also Ablagungen, die sich vor allen Dingen in den Gelenken anhäufen und die bestehen zu 70 bis 80 Prozent aus Cholesterin. Das nächste Bild, hier an den Fingern, hier an den Knie, das sind also solche Auswüchse, solche Xanthome, die eben aufgrund dieser erhöhten Cholesteringehaltes in den Geweben sich ausbilden können.

Das interessante war, dass Phyloplasten, die aus Homozygoten mit familiärer Cholesterinemie stammten, auf die Lipoproteine des Serums nicht mehr ansparen. Das gab sich darin zu erkennen, dass sie nach Züchtung in Vollserum 50

mal mehr HMG-CoA-Reduktase enthielten als Phyloplasten, die aus gesunden Personen stammten. Und diese Enzymaktivität weder durch Entfernung der Lipoproteine erhöht, noch durch nachträglichen Zusatz der Lipoproteine gesenkt werden konnte.

Das ist das nächste Bild, bitte. Wir müssen etwas dunkler machen, vielleicht können Sie noch dunkler machen. Hier sind also das aufgetragene HMG-CoA-Raduktase-Aktivität bei den Homozygoten. Sie sehen, dass hier folgendermaßen die Lipoproteine aus dem Serum entfernt wurden und dann wurde wieder kultiviert.

Sie sehen, dass diese Homozygoten auf die Entfernung des Lipoproteins überhaupt nicht ansprechen werden bei den normalen, wie ich Ihnen schon sagte, 50-mal höheren Aktivitäten. Also hier zwei HMG-CoA-Reduktase-Einheiten, während hier bei 150, also 50-mal

höher, während hier bei denen nach Entfernung der Lipoproteine der HMG-CoA-Reduktase-Spiegel ansteigt. Und hier wurden nun den Fibroblasten, die in lipid-freiem Serum gezüchtet wurden, das LDL zugesetzt, kein Zusatz, kein Effekt auf die Homozygoten,

kein Effekt, während in normalen Zellen durch LDL die HMG-CoA-Raduktase-Aktivität wieder unterdrückt werden kann. Und damit war da getan, dass die Homozygotenzellen resistent gegen die

normalerweise bestehende Feedback-Suppression der HMG-CoA-Reduktase durch LDL sind, eine Resistenz, die offensichtlich genetisch festgelegt ist. Da LDL isoliert aus dem Serum von Homozygoten die Suppression der Reduktase in normalen Fibroblasten bewirkte,

war es klar, dass der biochemische Defekt auf einem abnormalen Zellstoffwechsel beruht und nicht etwa auf abnormalen Lipoproteinen. Durch andere Versuche war dann auch noch bestätigt, dass LDL die HMG-CoA-Reduktase-Aktivität von normalen Fibroblasten

durch die Hemmung der Synthese neuer Enzymmoleküle beeinträchtigt ein Phänomen, das wir vorhin als Langzeitkontrolle bezeichnet haben. Des Weiteren stellten die amerikanischen Autoren fest, dass die aus Normalzellen und aus den Zellmutanten isolierten HMG-CoA-Reduktasen die gleichen genetischen Eigenschaften besaßen.

War also schlossen, dass durch die Mutation in den hypercholesterinämischen Zellen ein Genprodukt betroffen sein musste, das von HMG-CoA-Reduktase verschieben. Jedoch für die normale Regulation der Enzymsynthese durch LDL unentbehrlich ist.

Dieses genabhängige Produkt konnte mit einem spezifischen Rezeptormolekül auf der Oberfläche der Fibroblasten identifiziert werden, das zur Bindung von LDL wahrscheinlich über dessen Apolipopothin-B-Komponente befähigt ist.

Diese spezifische Bindung ließ sich in einer Versuchsreihe nachweisen, welche der Proteinanteil des LDL mit radioaktivem Jod 125 markiert war. Dabei stellte sich heraus, dass das markierte LDL von normalen Fibroblasten

spezifisch und mit hoher Affinität an den Rezeptorstellen der Außenseite der Membran gebunden wird, während die Homozygotenzellen aus den Patienten mit familiärer Hypercholesterin EMI

zur Bindung des LDL nicht fähig waren. Aber damit nicht genug LDL an den Rezeptoren der normalen Zellen gebunden, erleidet nun einen proteolytischen Abbau seiner Proteinkomponenten mit dem Erfolg, dass die Petitfragmente in das Medium entlassen werden,

während ein Teil der damit freigesetzten Lipide vor allem die cholesterinhaltigen Bestandteile in die Zellen eindringen und dort diese Empfieße der HMGQA-Reduktase entweder auf der Stufe der Transkription oder derjenigen der Translation unterdrücken.

Es gibt sogar einen experimentellen Hinweis darauf, dass das Eindringen des Cholesterins in die Zelle mit seiner Verästerung verknüpft ist. So fanden Braun und Goldstein, dass gleichzeitig mit dem proteolytischen Abbau der Proteinkomponente von LDL das freigesetzte Cholesterin verästert wurde,

was sich die Zugabe von radioaktiver Kohlenstoff 14 markierter Oelsäure verfolgen ließ. Die nächste Abbildung bietet fast die verschiedenen Funktionen des LDL-Rezeptormolekül zusammen. In der zugrunde liegenden Versuchsreihe

wurden normale Fibroplasten in lipidfreiem Misierungen angezüchtet. Zur Zeit Null, auf die Absicht sehr angetreten, wurde dann LDL, also Light Density Lipoprotein, zugesetzt und in folgenden Stunden die Genetik der LDL-Bindung

und des sich anschließenden proteolytischen Abbaus, also hier wurde die Bindung verfolgt in Abhängigkeit von der Zeit, hier die Degradation des Proteins, die Suppression der HMG-QA-Reduktase und die Geschwindigkeit der Cholesterolverästerung. Sie sehen, dass im Laufe der Zeit der Cholesteringehalt in den Zellen sich nicht ändert,

obwohl hier die HMG-QA-Reduktase unterdrückt wird, während der Cholesterin-Ester-Gehalt ansteigt, was dafür spricht, dass nicht das freie Cholesterin, sondern der Cholesterin-Ester vielleicht für die Suppression der HMG-QA-Reduktase-Synthese verantwortlich ist.

Nun die entscheidende Rolle, welche die LDL-Rezeptormoleküle in dem ganzen Prozess spielen, die sich durch Versuche an kultivierten Fibroblasten unterbauen, die aus einem heterozygoten Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie stampen.

Das nächste Bild bitte. In bester Übereinstimmung mit der Erwartung wurde in diesen Versuchen gefunden, dass die Bindungskapazität des heterozygoten etwa die Hälfte des normalen unbehandelten Patienten ausmacht, während in der Homozygote keinerlei Bindung eintritt.

Auch die Degradation zeigt den halben Wert. Hier ist wieder aufgetragen die Konzentration an LDL. Hier ist nun ein interessanter Befund die Suppression der Reduktaseaktivität. Wie Sie daraus sehen können, kann auch in der Homozygotenzelle keine Unterdrückung,

was wir ja schon gelernt haben, in der Heterozygotenzelle Unterdrückung, aber um den gleichen Effekt auf die HMG-QA-Reduktaseaktivität zu erzielen, ist hier in der Heterozygotenzelle 2,5-mal die Konzentration von LDL anzusetzen wie in der normalen Zelle.

Das Modell, das von Braun und Goldstein vorgeschlagen wurde, um zu erklären, wie durch den Mangel an Zellrezeptoren für LDL der Stoffwechseldefekt in den Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie ausgelöst wird, ist in der letzten Abbildung wiedergegeben.

In den normalen Zellen wird, hier ist das zu erklären, das Bild können wir vielleicht etwas besser fokussieren, hier sind also diese roten Elemente, sind die LDL-Rezeptormoleküle. Wenn nun in der normalen Zelle ein Teil dieser Moleküle besetzt wird, dann wird durch Abbau der Proteinkompe von LDL das Cholesterin,

und Cholesterin ist da freigesetzt, der kommt in die Zelle hinein, an den Zellkern oder an den Ribosomen wird hier mit die Reduktase-Synthese unterdrückt, das soll dieser Pfeil nach unten ausdrücken, und die Folge davon ist, dass in diesen Zellen nur wenig Cholesterin vorhanden ist. In der Homozygotenzelle fehlt der LDL-Rezeptor, das LDL kann hier seine Wirkung nicht entfalten,

die Reduktase hat einen hohen Wert, es wird also riesenlänge Cholesterin in den Zellen produziert. In der heterozygotenzelle haben wir die Situation, dass zwar nur die Hälfte der Rezeptormolekülen auf der Oberfläche vorhanden ist, aber wenn nun die LDL-Konzentration genügend hoch ist,

dann können genauso viele Rezeptormoleküle besetzt werden wie in der normalen Zelle. Das heißt, als Erfolg dieser Besetzung tritt dann dieselbe Unterdrückung der Reduktase-Synthese ein, das heißt, wir haben eine gehemmte Cholesterin-Synthese. Das Attraktive an diesem Modell, das können wir jetzt Licht haben bitte,

der Regulation im heterozygotenorganismus ist in der Tatsache zu sehen, dass sich damit auch die zunächst verwirrenden Ergebnisse klinischer Studien an heterozygoten-Patienten

mit familiärer Hypercholesterin-MI zwanglos erklären lassen. Bei In vivo-Studien war nämlich gefunden worden, dass bei Ihnen unter den Bedingungen einer zwei- bis dreifachen Erhöhung der Serumkonzentration an LDL-Kolesterin die absoluten Geschwindigkeiten für die Synthese von Cholesterin im Gesamtorganismus

und für den LDL-Abbau normal waren. Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass unsere Annahme, die Regulation der Cholesterin-Synthese-Erfolge in erster Linie auf der Stufe der HMGQA-Reduktase aufgrund neuer experimenteller Befunde

heute fest unterbaut ist und von fast allen Arbeitskreisen auf diesem Gebiet geteilt wird. Ob es daneben in bestimmten Geweben, beispielsweise in der Leber, noch zusätzliche Steuerstellen gibt,

müssen wir vorerst noch offen lassen. Das Ergebnis unserer Messungen des HMGQA-Spiegels in der Leber von Ratten nach Cholesterinfütterung könnte man so interpretieren. Außerdem ist es auch noch ganz ungeklärt, ob in Leberzellen eine Regulation über LDL-Rezeptoren

wie im Falle der Fibroplasten existiert. In Anbetracht der Tatsache, dass die Leber bekanntlich der Ort für die Biosynthese der Lipoproteine darstellt und somit im Inneren der Zelle die Komponenten der Lipoproteine zunächst vor dem Zusammenbau

noch frei vorliegen dürften, erscheint es sehr fraglich, ob ein solcher Steuerungsmechanismus in diesem Organ überhaupt möglich ist. Das heißt, hier müssen weiter Versuche abgewartet werden, bis wir eine endgültige Entscheidung treffen können.