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ABC Transporter bilden eine große Familie von Membranproteinen die als gemeinsames Strukturelement eine ATP bindende Kas

ABC-Transporter

ABC-Transporter bilden eine große Familie von Membranproteinen, die als gemeinsames Strukturelement eine ATP-bindende Kassette (von englisch: ATP binding cassette, ABC) besitzen und spezifische Substrate aktiv über eine Zellmembran transportieren.

ABC-Transporter
Bänderdarstellung des Vitamine B12 transporter-like ABC transporters (BtuCD) nach PDB 1l7v (blaue Linie = Extracellular face, rote Linie = Cytoplasmic face?)
Transporter-Klassifikation
TCDB 3.A.1
Bezeichnung ABC-Transporter Superfamilie
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 3.6.3.-, Hydrolase
Substrat Substrat (in/out) + ATP
Produkte Substrat (out/in) + Adenosindiphosphat + Phosphat

Allgemeines Bearbeiten

Wenn die Substrate von ABC-Transportern gegen einen Konzentrationsgradienten transportiert werden, muss für den Vorgang Energie aufgewandt werden; das geschieht durch die Bindung und Hydrolyse von ATP an der ABC-Einheit. ABC-Transporter gehören damit zu den primär aktiven Transportern einerseits und zu den membranständigen ATPasen andererseits.

Die ABC-Transporter-Superfamilie umfasst eine der größten bekannten Proteinfamilien, mit Mitgliedern in fast jedem Organismus, vom Bakterium bis zum Säugetier. Auch Pflanzen besitzen ABC-Transporter. Die ABC-Transporter werden im Menschen in den meisten sezernierenden Epithelien, einschließlich Leber und Darm, exprimiert. Die ABC-Transporter rückten in den letzten Jahren in das Licht des Interesses, als erkannt wurde, dass sie eine beträchtliche medizinische, industrielle und ökonomische Bedeutung haben. So spielen sie eine große Rolle bei Resistenzen von potentiell pathogenen Bakterien gegen Antibiotika und Antimykotika und bei Pflanzen bei der Resistenz gegen Herbizide. Beim Menschen können Mutationen in einem Gen, das für einen ABC-Transporter kodiert, zu verschiedenen Stoffwechselkrankheiten führen. Starke Expression der ABC-Transporter in Tumorgeweben lässt oft die Chemotherapie fehlschlagen.

Alle eukaryotischen ABC-Transporter sind Exporter. Einige sind sehr substratspezifisch, andere multispezifisch. Alle ABC-Transporter sind aktive Transporter, da die ATP-Bindung und -Hydrolyse den Transportprozess antreiben. Eine bekannte Ausnahme ist CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator), da die ABC-Casette lediglich das Öffnen und Schließen des Chlorid-Ionenkanals steuert. Der CFTR ist also ein Chlorid-Ionenkanal mit einem Sulphonylrezeptor (SUR1) der als Regulator des Ionenkanals dient. Die Mutation beider Allele des CFTR-Gens führt zur sog. zystischen Fibrose (Mukoviszidose). Dabei entsteht ein zäher Schleim in der Lunge und im Verdauungstrakt, was eine Neigung zu Infektionskrankheiten bewirkt.

Normalerweise liegt ein eukaryotischer ABC-Transporter als Dimer vor, wobei jedes der Monomere aus einer hydrophoben Transmembran-Domäne (TMD) und einer hydrophilen, die ATP-bindende-Kassette enthaltenden Domäne besteht. Die hydrophobe Permeasedomäne vermittelt den Transport des Substrats und ist für die Spezifität verantwortlich. Beim Menschen sind die meisten der bisher 49 bekannten ABC-Transporter jedoch Monomere, die aber ebenfalls aus insgesamt zwei TMD und zwei ATP bindenden Kassetten bestehen. Prokaryotische ABC-Transporter sind in der Regel Tetramere aus zwei membrandurchspannenden Permeaseuntereinheiten, die den eigentlichen Transport bewerkstelligen, und zwei ATPaseuntereinheiten. Nach derzeitigem Erkenntnisstand binden die ATPaseuntereinheiten spezifisch „ihre“ Permeaseuntereinheit. Ein funktioneller Transporter kann sowohl zwei verschiedene PermeaseUEs und ATPaseUEs, als auch aus zwei Homodimeren, oder aus einer Kombination von Homo- und Heterodimeren bestehen.

Unterfamilien und Mitglieder Bearbeiten

Die Familie der menschlichen ABC-Transporter lässt sich in sieben Unterfamilien (ABCA-G) mit insgesamt 49 verschiedenen Genen und 21 verschiedenen Pseudogenen einteilen.

Name der Unterfamilie Mitglied (Genname) Codierendes Chromosom
ABCA ABCA1 9
ABCA2 9
ABCA3 16
ABCA4 1
ABCA5 17
ABCA6 17
ABCA7 19
ABCA8 17
ABCA9 17
ABCA10 17
ABCA12 2
ABCA13 7
ABCB ABCB1 7
ABCB2 6
ABCB3 6
ABCB4 7
ABCB5 7
ABCB6 2
ABCB7 X
ABCB8 7
ABCB9 12
ABCB10 1
ABCB11 2
ABCC ABCC1 16
ABCC2 10
ABCC3 17
ABCC4 13
ABCC5 3
ABCC6 16
ABCC7 7
ABCC8 (=SUR1-Untereinheit des ATP-sensitiven Kaliumkanals) 11
ABCC9 12
ABCC10 6
ABCC11 16
ABCC12 16
ABCC13 21
ABCD ABCD1 X
ABCD2 12
ABCD3 1
ABCD4 14
ABCE ABCE1 4
ABCF ABCF1 6
ABCF2 7
ABCF3 3
ABCG ABCG1 21
ABCG2 4
ABCG4 11
ABCG5 2
ABCG8 2

Erbkrankheiten Bearbeiten

Defekte in der Funktion der ABC-Transporter können verschiedenste Erkrankungen auslösen. Dazu zählen die zystische Fibrose (Mukoviszidose), Tangier-Krankheit, Adrenoleukodystrophie und spezielle Formen der spinocerebellären Ataxie.

Ein Defekt in ABCC11 ist dagegen weltweit ausgesprochen häufig. Beispielsweise bei nahezu 100 % der koreanischen Bevölkerung. Der Defekt führt zu keiner Erkrankung, sondern bewirkt unter anderem, dass die Träger dieses Merkmals einen nur sehr schwachen Körpergeruch und weißen, trockenen Ohrenschmalz haben.

Multiple Drug Resistance Bearbeiten

Der MDR1-Transporter ist der erste im Menschen charakterisierte ABC-Transporter. MDR steht für Multiple Drug Resistance und bedeutet etwa „Resistenz gegen mehrere Medikamente“. Am Transporter beteiligt sind das Multiple Drug Resistance Protein 1 (MDR 1) und das Multidrug Resistance-Related Protein 1 (MRP1).

MDR-Transporter kommen u. a. in der Blut-Hirn-Schranke, aber auch in Tumorzellen vor.

In der Blut-Hirn-Schranke verhindert dieser Transportertyp beispielsweise die zentrale Wirkung von Loperamid, einem Opioid.

In Krebszellen kann der Transporter eine unerwünschte Wirkung entfalten. Krebszellen mit hoher MDR-Expression können im Rahmen einer Chemotherapie eine erhöhte Toleranz gegenüber Cytostatika aufweisen.

Literatur Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Vasilis Vasiliou, Konstandinos Vasiliou und Daniel W. Nebert: Human ATP-binding cassette (ABC) transporter family. In: Human Genomics. 3. Jahrgang, Nr. 3, 2009, S. 281–290, doi:10.1186/1479-7364-3-3-281, PMC 2752038 (freier Volltext).
  2. T. Ishikawa, Y. Toyoda u. a.: Pharmacogenetics of human ABC transporter ABCC11: new insights into apocrine gland growth and metabolite secretion. In: Frontiers in genetics. Band 3, 2012, ISSN 1664-8021, S. 306, doi:10.3389/fgene.2012.00306, PMID 23316210, PMC 3539816 (freier Volltext). (Open Access)

Weblinks Bearbeiten

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ABC Transporter bilden eine grosse Familie von Membranproteinen die als gemeinsames Strukturelement eine ATP bindende Kassette von englisch ATP binding cassette ABC besitzen und spezifische Substrate aktiv uber eine Zellmembran transportieren ABC TransporterBanderdarstellung des Vitamine B12 transporter like ABC transporters BtuCD nach PDB 1l7v blaue Linie Extracellular face rote Linie Cytoplasmic face Transporter KlassifikationTCDB 3 A 1Bezeichnung ABC Transporter SuperfamilieEnzymklassifikationEC Kategorie 3 6 3 HydrolaseSubstrat Substrat in out ATPProdukte Substrat out in Adenosindiphosphat Phosphat Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Unterfamilien und Mitglieder 3 Erbkrankheiten 4 Multiple Drug Resistance 5 Literatur 6 Einzelnachweise 7 WeblinksAllgemeines BearbeitenWenn die Substrate von ABC Transportern gegen einen Konzentrationsgradienten transportiert werden muss fur den Vorgang Energie aufgewandt werden das geschieht durch die Bindung und Hydrolyse von ATP an der ABC Einheit ABC Transporter gehoren damit zu den primar aktiven Transportern einerseits und zu den membranstandigen ATPasen andererseits Die ABC Transporter Superfamilie umfasst eine der grossten bekannten Proteinfamilien mit Mitgliedern in fast jedem Organismus vom Bakterium bis zum Saugetier Auch Pflanzen besitzen ABC Transporter Die ABC Transporter werden im Menschen in den meisten sezernierenden Epithelien einschliesslich Leber und Darm exprimiert Die ABC Transporter ruckten in den letzten Jahren in das Licht des Interesses als erkannt wurde dass sie eine betrachtliche medizinische industrielle und okonomische Bedeutung haben So spielen sie eine grosse Rolle bei Resistenzen von potentiell pathogenen Bakterien gegen Antibiotika und Antimykotika und bei Pflanzen bei der Resistenz gegen Herbizide Beim Menschen konnen Mutationen in einem Gen das fur einen ABC Transporter kodiert zu verschiedenen Stoffwechselkrankheiten fuhren Starke Expression der ABC Transporter in Tumorgeweben lasst oft die Chemotherapie fehlschlagen Alle eukaryotischen ABC Transporter sind Exporter Einige sind sehr substratspezifisch andere multispezifisch Alle ABC Transporter sind aktive Transporter da die ATP Bindung und Hydrolyse den Transportprozess antreiben Eine bekannte Ausnahme ist CFTR Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator da die ABC Casette lediglich das Offnen und Schliessen des Chlorid Ionenkanals steuert Der CFTR ist also ein Chlorid Ionenkanal mit einem Sulphonylrezeptor SUR1 der als Regulator des Ionenkanals dient Die Mutation beider Allele des CFTR Gens fuhrt zur sog zystischen Fibrose Mukoviszidose Dabei entsteht ein zaher Schleim in der Lunge und im Verdauungstrakt was eine Neigung zu Infektionskrankheiten bewirkt Normalerweise liegt ein eukaryotischer ABC Transporter als Dimer vor wobei jedes der Monomere aus einer hydrophoben Transmembran Domane TMD und einer hydrophilen die ATP bindende Kassette enthaltenden Domane besteht Die hydrophobe Permeasedomane vermittelt den Transport des Substrats und ist fur die Spezifitat verantwortlich Beim Menschen sind die meisten der bisher 49 bekannten ABC Transporter jedoch Monomere die aber ebenfalls aus insgesamt zwei TMD und zwei ATP bindenden Kassetten bestehen Prokaryotische ABC Transporter sind in der Regel Tetramere aus zwei membrandurchspannenden Permeaseuntereinheiten die den eigentlichen Transport bewerkstelligen und zwei ATPaseuntereinheiten Nach derzeitigem Erkenntnisstand binden die ATPaseuntereinheiten spezifisch ihre Permeaseuntereinheit Ein funktioneller Transporter kann sowohl zwei verschiedene PermeaseUEs und ATPaseUEs als auch aus zwei Homodimeren oder aus einer Kombination von Homo und Heterodimeren bestehen Unterfamilien und Mitglieder BearbeitenDie Familie der menschlichen ABC Transporter lasst sich in sieben Unterfamilien ABCA G mit insgesamt 49 verschiedenen Genen und 21 verschiedenen Pseudogenen einteilen 1 Name der Unterfamilie Mitglied Genname Codierendes ChromosomABCA ABCA1 9ABCA2 9ABCA3 16ABCA4 1ABCA5 17ABCA6 17ABCA7 19ABCA8 17ABCA9 17ABCA10 17ABCA12 2ABCA13 7ABCB ABCB1 7ABCB2 6ABCB3 6ABCB4 7ABCB5 7ABCB6 2ABCB7 XABCB8 7ABCB9 12ABCB10 1ABCB11 2ABCC ABCC1 16ABCC2 10ABCC3 17ABCC4 13ABCC5 3ABCC6 16ABCC7 7ABCC8 SUR1 Untereinheit des ATP sensitiven Kaliumkanals 11ABCC9 12ABCC10 6ABCC11 16ABCC12 16ABCC13 21ABCD ABCD1 XABCD2 12ABCD3 1ABCD4 14ABCE ABCE1 4ABCF ABCF1 6ABCF2 7ABCF3 3ABCG ABCG1 21ABCG2 4ABCG4 11ABCG5 2ABCG8 2Erbkrankheiten BearbeitenDefekte in der Funktion der ABC Transporter konnen verschiedenste Erkrankungen auslosen Dazu zahlen die zystische Fibrose Mukoviszidose Tangier Krankheit Adrenoleukodystrophie und spezielle Formen der spinocerebellaren Ataxie Ein Defekt in ABCC11 ist dagegen weltweit ausgesprochen haufig Beispielsweise bei nahezu 100 der koreanischen Bevolkerung Der Defekt fuhrt zu keiner Erkrankung sondern bewirkt unter anderem dass die Trager dieses Merkmals einen nur sehr schwachen Korpergeruch und weissen trockenen Ohrenschmalz haben 2 Multiple Drug Resistance BearbeitenDer MDR1 Transporter ist der erste im Menschen charakterisierte ABC Transporter MDR steht fur Multiple Drug Resistance und bedeutet etwa Resistenz gegen mehrere Medikamente Am Transporter beteiligt sind das Multiple Drug Resistance Protein 1 MDR 1 und das Multidrug Resistance Related Protein 1 MRP1 MDR Transporter kommen u a in der Blut Hirn Schranke aber auch in Tumorzellen vor In der Blut Hirn Schranke verhindert dieser Transportertyp beispielsweise die zentrale Wirkung von Loperamid einem Opioid In Krebszellen kann der Transporter eine unerwunschte Wirkung entfalten Krebszellen mit hoher MDR Expression konnen im Rahmen einer Chemotherapie eine erhohte Toleranz gegenuber Cytostatika aufweisen Literatur BearbeitenAmy Davidson amp Jue Chen 2004 ATP Binding Cassette Transporters in Bacteria In Annual Reviews of Biochemistry Bd 73 S 241 268 PMID 15189142 Michael Dean 2002 The Human ATP Binding Cassette ABC Transporter Superfamily online beim NIH Einzelnachweise Bearbeiten Vasilis Vasiliou Konstandinos Vasiliou und Daniel W Nebert Human ATP binding cassette ABC transporter family In Human Genomics 3 Jahrgang Nr 3 2009 S 281 290 doi 10 1186 1479 7364 3 3 281 PMC 2752038 freier Volltext T Ishikawa Y Toyoda u a Pharmacogenetics of human ABC transporter ABCC11 new insights into apocrine gland growth and metabolite secretion In Frontiers in genetics Band 3 2012 ISSN 1664 8021 S 306 doi 10 3389 fgene 2012 00306 PMID 23316210 PMC 3539816 freier Volltext Open Access Weblinks BearbeitenABC Transporter bei TC DB ABC Transporter bei KEGG grafische Ubersicht Abgerufen von https de wikipedia org w index php title ABC Transporter amp oldid 234120367