Zeitschrift fiir Krebsforschung, Bd. 56, S. 253~257 (19r

Aus der Chemischen Abteilung des Physiologisehen Instituts Heidelberg.

Uber die Nueleins~iurespaltung im (]ewebe mal igner Tumoren .

Von

WALDEMAR KUTSCHER.

Die zahlreichen Untersuchungen fiber die Enzymvorg~nge im Ge- webe maligner Tumoren batten die an sie geknfipften Hoffnungen im allgemeinen nicht erfiillt. Qualitativ besteht kein Unterschied zwischen den Enzymen, die in Tumoren und im krebskranken Organismus sich nachweisen lassen und denjenigen, die ubiquit~tr in normalen Organen and Geweben anzutreffen sind. Die bin und wieder gefnndenen Unter- sehiede, be~reffen die Menge oder den Aktivierungsgrad eines Enzyms. Die meiste Aussieht auf Erfolg bietet dagegen die Erforschung der- jenigen Enzyme, die die Spaltung oder Neubildung der Zellkernsub- stanzen durehffihren.

Ausgehend yon der Oberlegung, dal~ das Eiweil3 der )~ueleoproteide reich an Hexonbasen ist, untersuehten EDLBACttEtr und Mitarbeiter die Spaltung der Aminosgure Arginin. Sie fanden im Gewebe maligner Tumoren eine sehr hohe Arginaseaktivit~tt. Aber auch im embryonalen Gewebe und in benignen Tumoren lieI3 sich eine betri~chtliche Arginin- spaltung naehweisen. Die erhShte Arginasewirkung wurde daher als ein charakteristisches Merkma] der Gewebe mit gesteigertem Waehs- turn erkannt und als ein Ausdruek des infolge vermehrter Zellteilungen besonders hohen Zellkernstoffwechsel gewertet. Mit der Argmin- spaltung war ein enzymat~ischer Vorgang untersucht worden, derdem Eiweil]anteil der Nueleoproteide zuzuordnen ist. Es ]ag nun nahe, nach enzymatischen Vorg~tngen zn suehen, die den ~ucleinsiiureanteil der Zellkernsubstanzen betreffen.

Die Nueleinsiiuren sind hochpolymere Substanzen, die durch 3 ver- sehiedene Enzyme zerlegt werden:

Eine Polynucleotidase, die die hochpolymere Substanz in ihre ~Bausteine, die Nucleotide, zerlegt, eine Nucleotidase, die Phosphors~ure aus den Nueleotiden abspaltet und daher wohl eine gewShnliche nn- spezifische Phosphatase ist, und sehliel~lich eine Nucleo~idase, die die Bindnng Purin-Pentose hydrolysiert.

EDL~AC~E~ und XUTSC~]~ 1 untersuehten die Nueleins~urespaltung maligner Tumoren. Als Substrat wurde in erster Linie die tierische Thymusnueleinsgure verwendet, daneben aber aueh wiederholt die pflanzliehe Hefenueleinsi~ure. Ale Mal3 der enzymatisehen gydrolyse diente die Menge der freiwerdenden Phosphorsiiure. Diese Methode

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erfaI~t also die P o l y n u c l e o t i d a s e - u n d d ie N u c l e o t i d a s e w i r k u n g g e m e i n -

s~m. L e i d e r g i b t es k e i n e spez i f i sche M e t h o d e , u m d e n f e r m e n t a t i v e n

Ze r fa l l d e r h o c h p o l y m e r e n N u e l e i n s a u r e , d . h . d ie P o l y n u e l e o t i d a s e ,

a l l e i n z u b e s t i m m e n . W i r k 6 n n e n d a h e r n i e h t sagen , w e l e h e r A n t e i l

d e r y o n u n s g e m e s s e n e n W e r t e auf e ine r e ine P h o s p h a t a s e w i r k u n g

z u r i i c k z u f f i h r e n ist . D o e h i s t d ie v o r a u s g e g a n g e n e Po lynue l eo t i da se - ,

s p a l t u n g e ine V o r a u s s e t z u n g ffir d ie D e p h o s p l ~ o r y l i e r u n g de r N u e l e o t i d e .

Mi t d i e se r M e t h o d e z e i g t e n wir , d a g t i e r i s c h e s u n d m e n s c h l i e h e s

C a r c i n o m - u n d S a r k o m g e w e b e t i e r i s e h e u n d p f l a n z l i c h e Nuele ins /~ure

in e r h e b l i c h e l n MaBe s p a l t e t .

Tabelle 1.

Alle Werte bedeuten mg H3PO~, abgespalten dutch 1 g Gewebebrei aus l%iger Thymusnueleinsgure.

Mal~ne Tumoren: " I . EtttCLIetIs Miiuse-Carcinom"

2,86 mg 5,99 ,,~ 3,08 ,, 2,73 ,, 4,25 ,, 6,21 ,,

I I . Menschliche Tumor~n: Magen-Cu . . . . . . . . . . 1,26 mg Magen-Ca . . . . . . . . . 1,23 ,, Magen-Ca . . . . . . . . . 0,48 ,, t~eetum-Ca . . . . . . . . 1,07 ,, l~ectum-Ca . . . . . . . . 0,35 ,, Gallon-Ca . . . . . . . : . 0,43 ,,

l I I . JE~SE~s Ratten.Sarkom: 1,17 mg 0,55 ,, 0,93 ,, 1,04 ,, 1,19 ,,

IV. l~ous' Hi~hner-Sarkom: 0,635 mg 0,157 ,, 0,670 ,,

Normale Gewebe verschiedener Provenienz Placenta . . . . . . . . . . 2,68 mg Pl~cent~ . . . . . . . . . . 2,16 ,, N.iere (Meerschwein) . . . . . 1,89 ,, Niere (Meerschwein) . . . . . 1,35 ,, Niere (Meersehwein) . . . . . 1,07 ,, Thymus (Ka!b) . . . . . . . 0,80 ,, Thymus (Kalb) . . . . . . . 0,60 ,, Retina (Rind) . . . . . . . . 0,36 ,,

l~etina (l~ind) . . . . . . . . 0,61 ,,

Gr~nul~tionen (Kaninehen) . . 0,38 ,, Granulationen (Kaninehen) . . 0,64 ;, Muskulatur (Meersehweinchen) 0,05 ,, Muskulatur (Meerschweinehen) 0,02 , , Nasenpolypen (Mensch) . . . . 0 , 3 8 ,, Nasenpolypen (Menseh) . . . . 0,21 ,, Epithel (Mundh6hle, Menseh) . 0,05 ,, Epithel (3/Iundh6hle, Menseh) . 0,07 ,, Epidermis (Mguse) . . . . . . 0,02 ,, Epidermis (M~use) . . . . . . 0,04 ,,

D i e v o r s t e h e n d w i e d e r g e g e b e n e n W e r t e ze igen , dab die N u c l e i n -

s g u r e s p a l t u n g b e s o n d e r s s t a r k im E~RLICgschen l-V[gusecarcinom is t .

D i e h i e r g e m e s s e n e n A k t i v i t ~ t e n s ind h S h e r a ls in i r g e n d e i n e m a n d e r e n

m a l i g n e n ode r n o r m a l e n Gewebe . H o h e S p a ] t u n g s w e r t e w e r d e n n o c h i m J E N s ~ s c h e n g a t t e n s a r k o m a n d in d e n m e n s c h l i c h e n C a r c i n o m e n

g e f u n d e n . D a s R o c s s c h e t t f i h n e r s a r k o m z e i g t d a g e g e n e ine e t w a s g e r i n g e r e A k t i v i t a t , was f ib r igens a u c h ffir d ie A r g i n a s e s p a l t u n g g i l t .

lJber die Nucleins~urebildung im Gewebe maligner Tumoren. 255

Die 5Tucleins~urespaltung der menschlichen Tumorcn war beim Magen- careinom regelm~I~ig am hSchsten; besonders auffallend war aul~erdem die Tatsaehe, dab die Spaltungswerte bei den menschlichen Carcinomen sehr stark schwankten. Wit erkl~ren uns diese Unterschiede folgender- mal~en: ])as Em~LICHsche M~useearcinom ist recht einheitlich und kompakt und relativ sehr reich an Zellkernen. Bekanntlich sind abet die menschlichen Carcinome auBerordentlich verschiedenartig und es kommen sowohl zellkernreiche, kompakte Gewebe wie relativ zell- kernarme Gewebe vor, die mehr odor weniger weitgehend mit Binde- gewebe usw. durchsetzt sind.

Die normalen Gewebe zeigen ein sehr verschiedenartiges [Bild. 0ffensichtlich haloen die zellkernreichen Gcwebe die st~rkste 5~uclein- s~urespaltung, wenn auch keine unmittelbare Proportionalit~it zwischen Zellkernreichtum und Nucleins~iurespMtung besteht. Wenn man aber die nahelicgende Annahme maeht, dal~ die l~ucleins~urespaltung nicht yon der absoluten Zahl der Zellkerne, sondern yon der Zahl der in einem Gewebe ablaufenden ~iitosen abh~ngt, so/indet man in unseren Werten sehr interessante Belege dafiir. :Es ist auifallend, dab gerade Placenta (es wurden reife menschliche Placenten verarbeitet), die ein jugendliches Gewebe mit zahlreichen Zellteilungen darstell~, die h5ehsten Nucleins~urespaltungen zeigte, bedeutend hSher Ms Iqiere und Thymusdriise, Gewebe, die im fertigen ausgereiftenZustand oder in der t~iickbildung sieh befinden, l~elativ hoch sind auch die Spal- tungen des Diinndarms und der Leber, doeh haben wir keine vergleich- baren Werte dafiir. Unserer Erfahrung nach sind sie aber ebenfMls erheblich niedriger als die Werte der Placenta. Alle iibrigen unter- suchten Gewebe zeigen nur geringf~gige Spaltungen, wobei Granu]a- tionsgewebe erwartungsgem/~B etwas hShere Werte zeigt. Die auf- f~llend hohe Nuc]eins/iurespMtung maligner Gewebe wird abet beson- ders deutlich, wenn man die gleiehartigen Gewebe vergleicht. So zeigt, z.B. Epidermis und die ~undschleimha~at praktisch keine Nuclein- s~urespaItung, w/~hrcnd das Em~r~Ic~rsehe ~useearcinom die hSchsten iiberhaupt gemessenen Werte aufweist. Ebenso auffallend is~ der Gegensatz zwisehen dem l%attensurkomgewebe mit seiner sehr hohen Nucleins/iurespaltung und der ~fuskulatur yon 1Yleersehweinehen oder t~atten, die praktisch frei -con diesen Enzymen sind.

Wir ziehen aus unseren ]3eobachtungen den SehluB, dab eine hohe ~Tueleins/iurespa]tung ein Ausdruck der ]ebhaften Zellteilungs- vorg~nge ist. Die yon uns beobachtete hohe Iqucleins~urespMtung der mMignen Gewebe finder damit ihre Erkl/~rung.

Besonders auffallend w~r ~ber unsere FeststeIlung, dab die gesunde querges~reifte ~uskulatur tumorkranker Tiere ebenfalls eine be- tr~ehtliche ~Nucleins~turespMtung zeigt.

18"

256 WALDEMAR KUTSCHER:

Tabelle 2. Gesunde Muskulatur von Tumortieren; sonst wie Tabelle 1.

l~ovs- Sarkom-I-Iuhn . . . . . 0,44 mg Rocs-Sarkom-I-Iuhn . . . . . 0,33 ,, Sarkom-Ratte . . . . . . . 0,61 ,, Sarkom-l~atte . . . . . . . 1,80 ,, (Sarkom riesig, Tier moribund Sarkom-Ratte . . . . . . . 0,57 ,, Sarkom-l~atte . . . . . . . 0,79 ,,

Da die quergestreif te Muskulatur gesunder Tiere prakt isch frei -con nueleins~urespal tenden Fmzymen ist, so beanspruehen die in tier obigen Tabelle wiedergegebenen Befunde ein erhShtes Interesse. Diese Er- scheinung wird du tch die Annahme einer , ,~ 'ernwirkung" des mal ignen Tumors auf den E nz ym ge ha l t andrer Organe innerhalb des Tumor- organismus zu deu ten versueht , und aueh bei anderen E n z y m e n be- obachte t . Unserer Ansicht nach ist diese Erk l~rung wenig befriedigend. Unsere Beobaeh tungen wurden yon WIngBaCK 2 vollauf bes t~t ig t und erweitert . Er land, dal] die gleiehe Erscheinung aueh bei l~utten mi t F L ~ x ~ - J o B L x ~ G - C a r c i n o m n n d b e i M~tusen mi t Adenoeare inom beobachte t wird.

Unsere vors tehend wiedergegebenen Versuehe ges ta t t en es nieht , zwisehen Polynueleot idasespal tung und Phospha tasewi rkung zu unter- seheiden. Wir haben versucht , dies dadurch zu erreiehen, dal~ wir die Wirkung verschiedener Hemmungss to f fe auf Polynueleot idase und Phospha t a se bes t immten .

Tabelle 3. Alle Werte geben das AusmaB der Hemmung in Prozenten wieder.

]Nucleins~ur e s p a l t v ~ g H e x o s e p h o s p h o r s ~ u r e s p a l t u n g

I m/50 I roll00

A. I~attenleber -Trockenpulver. I-ICN . . . . . . 100 100 Cystein . . . . . 76,3 74,3 Glutathion . . . 50 45

B. Mause-Ca-Troekenpulver.

. . . . . /95 I Cystein . . . . . 76 ~ V2 Glutathion . . . 54.5 ] 52

I m/50 J m/100

A. ~at t enleber-Trockenpulver.

. . . . . I 2 03547 31,1 Cystein . . . . 18,7 Glutathion . . . 0

B. Mi~use-C~-Trockenpulver. HCN . . . . . 88,5 51,3 Cystein . . . . 81 68,8 Glutathion. . . 41 34,5

Wie ersichtlich, verhal ten sich im Leber t rockenpulver Polynucleo- t idase und Phospha tase verschieden: Wahrend die Nueleins~urespal- tung s ta rk ge he m m t wird, wird die Phospha tase dureh Blausaure bedeu tend schw~cher gehemmt u n d durch die SH-K5rper k a u m beeinfluftt. I m E H ~ m H s c h e n Mausecareinom dagegen werden sowohl die Polynucleot idase wie die Phospha tase durch alle 3 Hemmungs- stoffe gleiehartig s tark gehemmt . Der Untersehied ist besonders

t~ber die Nucleins/~urebildung im Gewebo maligner Tumoren. 257

ausgepr~gt im Verhalten gegeniiber den beiden SH-KSrpern. Es scheint uns also, dab im Carcinomgewebe die Nucleins~urespa]tung und die einfache ttych'olyse yon Phosphorsiiureestern dutch ein und dasselbe :Ferment oder wenigstens durch 2 nahe verwandte :Fermente geleistet wird, wghrend in der Leber beide :Fermente deutlich verschieden sind. Das :Ferment des Carcinomgewebes verhiilt sich dabei den Hemmnngs- stoffen gegeniiber so wie das nucleinsgnrespaltende :Ferment der Leber.

Es is~ interessant, dab nach WALDSCHXV~IDT-LEITZ, MGDolVALD und Mitarbeiter s, sowie FR. X S ~ E ~ 4 die Phosphataseaktivi tgt des Tumor- gewebes mit zunehmender Alterung des Tumors und mit zunehmender Nekrose stetig abnimmt. Die Arginasespaltung zeigt dagegen bei Tumoralterung eine deutliche Zunahme. EDLBACHEI~ und KOLLE~ 5 wiesen nach, dab Arginase und Phosphatase in bedeutender M e n g e in solidern nekrosefreiem Carcinomgewebe enthalten sind und daI~ diese beiden Enzyme durchaus nicht nut im absterbenden Gewebe eine l%olle spielen.

Bedauerlicherweise gibt es heute keine Methode, die es gestat ten wiirde, die PoIynucleotidasewirkung fiir sieh allein zu bestimmen. Dieser enzymatische Vorgang ist aber biologisch besonders interessant, da er den Vorg~ngen im Zellkern am niichsten steht. Die Dephos- phory]ierung der Nucleotide ist dagegen eine reine Phosphatasewirkung und diese ist nach den Erfahrungen der Phosphataseforschung sehr unspezifisch. Im tlerischen KSrper kommen mehrere Phosphatasen in den verschiedensten Organen v o r u n d sie And befghigt, praktisch alle Phosphorsgureester zu spa]ten. Daher kann eine Bestimmung der Phosphatase ira Blut oder ira Gewebe keine besonders wertvo]len Ergebnisse fiir die Klinik der malignen Tumoren zeitigen.

Ffir die Bestimmung der Polynucleotidasewirkung ergibt sich aber auf Grund der neuen Auffassungen fiber den Ban des l~ucleinsiiure- molekfils folgender Weg : Da die Mononucleotide dutch Phosphorsgnre- bindungen zusammengehalten werden, so mii~te die Po]ynucleotidase einer Phosphordiesterase entsprechen. Diese Fermentgruppe w u r d e bisher nur sehr wenig ~ntersucht. Nach Herstellung geeigneter Diester der Phosphorsgure haben wir Versuche begonnen, in denen die Nuclein- saurespaltung im obigen Sinn unter Heranziehung der Methoden der modernen Phosphatasechemie bestimmt werden sol].

Literatur. EDL]3AC~E~ U. KUTSC~ER: Z. physiol. Chem. 199, 200 (193i); 207, 1 (1932).

W~BECK, J. : Z. physiol. Chem. 2][9, 164 (1933). - - a W~LDSr E., ~CDO~LD u. Mitarb. : Z. physiol. Chem. 219, 115 (1933). - - ~ KS~E~, F~.: Z. physiol. Chem. 223, 98 (1933). - - ~ ED~B~CEE~, S., u. F. KOLLE~: Z. physiol. Chem. 227, 99 (1934).

Prof. Dr. WALDE~AXa KU~SC~E~a, (17a) Heidelberg, Physiolog. Institut, Chem. Abteilung.