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Reduktion der Zahnkaries durch Inaktivierung der Glucosyl-transferase

Glucosyltransferase gilt als ein Schlüsselenzym der Kariogenese. In kinetischen Studien wurde die Enzymhemmung durch Oxidation des aktiven Zentrums in Gegenwart von 2-wertigen Metallionen, hier Eisen(II)-Sulfat, nachgewiesen. Mögliche Folgerungen für die Kariesprophylaxe werden diskutiert.

Im Mittelpunkt der Pathogenese der Zahnkaries stehen die von den Mundbakterien Streptococcus mutans und Streptococcus sobrinus gebildeten Glucosyltransferasen (GTF). Sie katalysieren die Umwandlung von Saccharose in beta-Glucane, klebrige, polymere Kohlenhydrate, die die Haftfähigkeit der Plaque am Zahn erst ermöglichen. In ihr können die Bakterienkolonien ihre organischen Säuren bilden, die den Zahnschmelz demineralisieren und letztlich Karies verursachen.

Die Arbeitsgruppe der Autoren beschäftigt sich mit der Struktur der GTF und dem Mechanismus der katalytischen Bindung von Saccharose mit dem Ziel, GTF durch Zugabe von Hemmsubstanzen zu inaktivieren und so letztlich die Kariogenese zu verhindern. Vom aktiven Zentrum des Enzyms ist bekannt, dass es einen Asparaginsäurerest enthält; nach neueren, durch Mutagenitätstets erhärteten Untersuchungen der Autoren sind drei Aminosäurereste am katalytischen Prozess beteiligt: Asparaginsäure 415, Glutaminsäure 453 und Asparaginsäure 526. Das aktive Zentrum enthält je eine Glucosyl- und Fructosylbindungsstelle, die durch fest bindende Liganden selektiv besetzt werden können; dadurch wird die Enzym-Aktivität gehemmt. Als weitere Möglichkeiten der Karieshemmung werden die lokale Applikation eines synthetischen Peptids beschrieben, das die Bindung der Adhäsionsmoleküle aus S. mutans an die Speichelrezeptoren hemmt, sowie die Zugabe von Wasserstoffperoxid.

Die vorliegende Untersuchung knüpft an das Wasserstoffperoxid-Modell an, das zur Blockierung des aktiven Zentrums der GTF und damit zur Enzyminaktivierung führen soll. Wasserstoffperoxid entsteht als Zwischenprodukt der Fenton-Reaktion aus molekularem Sauerstoff in Gegenwart von 2-wertigen Metallionen. In einem ersten Reaktionsschritt werden Superoxid-Radikale gebildet, die durch Dismutation zu Wasserstoffperoxid und Sauerstoff weiterreagieren. In einer Anschlussreaktion entstehen Hydroxylradikale (Fe2+ + H2O2 -> Fe3+ + OH- + OH-). Verschiedene Autoren sehen in diesem Mechanismus das Modell für oxidative biologische Prozesse, wie sie bei verschiedenen Krankheiten einschließlich der Cancerogenese beobachtet werden.

Die Autoren ermitteln zunächst die Dissoziationskonstanten verschiedener 2-wertiger Metallsalze für GTF aus S. sobrinus. Für die nachfolgenden Untersuchungen wird Eisen(II)-Sulfat eingesetzt, das mit isolierter GTF und 14C-markierter Saccharose inkubiert und dabei konzentrationsabhängig in einer Reaktion 1. Ordnung inaktiviert wird. Indikator für die Enzymaktivität ist die Menge des aus Saccharose gebildeten markierten Glucans, (?Mol Glucan /min./mg Saccharose); Die Vor-Inkubation der GTF mit Fructose oder 1-Desoxynojirimycin (5-imino-1,5-didesoxy-D-Glucose) verhindert die Inaktivierung des Enzyms bei Exposition mit Fe(II)-sulfat. Die Autoren erklären die Inaktivierung der GTF durch Fe(II)-Ionen als oxidative Modifizierung des aktiven Zentrums durch die Fenton-Reaktion.

Die Ergebnisse der Studie deuten auf eine kompetitive Bindung 2-wertiger Metallionen hin, die dann anschließend zu einer Hemmung der GTF durch Oxidation führt. Nach Meinung der Autoren könnte die lokale Applikation Eisen(II)-haltiger Verbindungen eine neue, effektive, nicht-toxische Methode der Kariesprophylaxe darstellen.

 


IME

Devulapalle, K. S., G. Mooser (Department of Basic Sciences, School of Dentistry, University of Southern California, Los Angeles, USA): Glucosyltransferase inactivation reduces dental caries.
Journal of Dental Research 80 (2001) pp. 466-469.