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Enzyme

Wichtige Enzyme in MSC-Exosomen

Antioxidative
Enzyme

Superoxiddismutase (SOD)
Reduziert Superoxidradikale, schützt Zellen vor oxidativem Stress

Katalase
Zersetzt Wasserstoffperoxid, wirkt antioxidativ

Glutathion-Peroxidase (GPx)
Neutralisiert Lipidperoxide, schützt Zellmembranen

Proteasen & Matrix-modulierende Enzyme

Matrix-Metalloproteinasen (z. B. MMP-2, MMP-9)
Remodellieren extrazelluläre Matrix, fördern Geweberegeneration

Cathepsine
Beteiligung an autophagischen Prozessen und Gewebeabbau

Signal-Transduktionsenzyme

Kinase-Enzyme (z. B. MAPK, Akt)
Aktivieren intrazelluläre Regenerations- und Proliferationspfade

Phosphatasen (z. B. PP2A)
Modulieren Signalantworten, z. B. bei Entzündung und Apoptose

Metabolische
Enzyme

Laktatdehydrogenase (LDH)
Hinweis auf metabolische Aktivität, z. T. auch funktionell in der Zellkommunikation

Aldolase, Hexokinase, GAPDH
Bestandteil des Glykolyseweges, teils auch moonlighting proteins mit immunmodulatorischer Funktion

RNA-modifizierende Enzyme

Dicer, Argonaute 2 (AGO2)
Beteiligung an miRNA-Prozessierung und posttranskriptioneller Regulation in Zielzellen

Bedeutung für Therapie und Anti-Aging

Mesenchymale Stammzell-Exosomen wirken nicht nur über mRNA, miRNA und Wachstumsfaktoren, sondern auch über spezifische Enzyme, die entzündungshemmend, antioxidativ und regenerativ wirken.
  • Reduzieren inflammatorische Prozesse (besonders durch SOD/Katalase/GPx)
  • Fördern Gewebeheilung (v. a. über MMPs, Wachstumsfaktoren und Kinase-Signale)
  • Unterstützen Zellregeneration und Homöostase (über miRNAs & metabolische Enzyme)
  • Zeigen anti-seneszente Effekte, z. B. durch ROS-Kontrolle

Mesenchymale Enzyme

Die Zusammensetzung der Exosomen hängt stark von ihrer Herkunft ab. Sie können aus Stammzellen, idealer Weise aus mesenchymalen Stammzellen = Fettgewebe sein. Die Herkunft der Exosomen und die Qualität der Herstellung entscheiden, wie kraftvoll die Wirksamkeit der Exosomen sein kann. Mesenchymale Stammzellen (MSCs) setzen Exosomen frei, die ein breites Spektrum an Enzymen enthalten. Insbesondere sind folgende Enzyme und deren Funktionen in Exosomen von Bedeutung:

Glykolytische Enzyme

MSC-Exosomen enthalten das komplette Sortiment der Enzyme, die für die ATP-bildende Phase der Glykolyse notwendig sind, wie z.B. Hexokinase, Phosphofructokinase und Pyruvatkinase. Diese Enzyme ermöglichen es den Exosomen, bioenergetisch aktiv zu sein und Empfängerzellen mit Energie zu versorgen bzw. deren Energiestoffwechsel zu beeinflussen[1][2].

CD73

Dies ist ein auf der Oberfläche von Exosomen vorhandenes Enzym, das Adenosin aus AMP bildet. Adenosin wirkt immunsuppressiv, entzündungshemmend und fördert Gewebsregeneration und Reparatur[2][3].

Katalase und superoxiddismutase

Diese antioxidativen Enzyme sind in Exosomen enthalten und können oxidativen Stress durch den Abbau von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) reduzieren. Dies ist besonders relevant für zytoprotektive und antiinflammatorische Effekte in Zielzellen[4].

Weitere Enzyme

Studien zeigen weiterhin die Präsenz zellulärer Enzyme wie Exosom-typische Endosomal-Marker (z.B. TSG101, Alix), sowie Enzyme, die an der Modulation des extrazellulären Milieus beteiligt sind (z.B. Rabs, SNAREs, AAA ATPasen), die für Biogenese, Sekretion und Aufnahme der Exosomen eine Rolle spielen[5].

Funktionen der Enzyme in MSC-Exosomen

  • Regulation des zellulären Energiestoffwechsels in Empfängerzellen (ATP-Bildung)
  • Antioxidativer Schutz: Reduktion von Entzündungen und Schutz vor oxidativem Stress
  • Immunsuppression durch adenosin-vermittelte Signalwege
  • Unterstützung von Gewebereparatur und -regeneration nach Verletzungen
  • Beeinflussung des extrazellulären Milieus zur Förderung der Heilung

Diese Enzyme erklären zu einem großen Teil die vielseitigen therapeutischen Effekte der MSC-Exosomen, wie etwa die Regulation von Entzündungen, Förderung der Zellproliferation sowie den Schutz vor Zellschäden[4][1][2][3].

 

Quellen

[1] Mesenchymal stem cell-derived exosomes as a new therapeutic … https://www.nature.com/articles/emm201763

[2] A Novel and Safer Therapeutic Refinement of Mesenchymal Stem Cell https://journals.sagepub.com/doi/10.5772/57460

[3] Mesenchymal stem cell-derived exosomes increase ATP levels … https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1873506113000032

[4] Emerging Antioxidant Paradigm of Mesenchymal Stem Cell-Derived … https://www.frontiersin.org/journals/endocrinology/articles/10.3389/fendo.2021.727272/full

[5] Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes: Applications in … https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8393426/

[6] MSC exosome works through a protein-based mechanism of … https://portlandpress.com/biochemsoctrans/article/46/4/843/67115/MSC-exosome-works-through-a-protein-based

[7] Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7823972/

[8] Mechanism of mesenchymal stem cells and exosomes in the … https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10232739/

[9] Exosomes from preconditioned mesenchymal stem cells https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352320424000099