Arten des Wachstumshormons und der Einfluss körperlicher Aktivität

Körperliche Übungen stimulieren die Sekretion des Wachstumshormons (GH) aus dem Vorderlappen der Hypophyse, und der Anstieg der GH-Konzentration im Blut trägt zur Realisierung der durch Übungen induzierten Muskelhypertrophie, Fettverbrennung und anderen physiologischen Reaktionen bei. Eine Analyse der Literatur zur Beziehung zwischen GH-Sekretion und körperlichem Training lässt den Schluss zu, dass die GH-Konzentration im Blutplasma in hohem Maße von der Dauer und Intensität der Trainingseinheiten abhängt.

Bestimmung der Wachstumshormonkonzentration

Derzeit wird der GH-Gehalt im Blutplasma praktisch immer durch Immunoanalyse gemessen. Es gibt jedoch andere Detektionssysteme, und die Wahl der Methode zur Bestimmung von GH im Blut bleibt wichtig. Vor dem Aufkommen der Immunoanalyse-Methode verließen sich die Forscher normalerweise auf biologische Bestimmungsmethoden, für die in der Regel Ratten erforderlich waren. Einige dieser Methoden werden auch heute noch in den Labors der Autoren dieses Kapitels eingesetzt.

Biologische Methoden zur Bestimmung von GH: Erfahrungen aus früheren Veröffentlichungen

Diese Tests, die vor mehr als 50 Jahren entwickelt wurden, spiegeln das Wissen über die anabolen, lipolytischen und diabetogenen Wirkungen von GH wider. Wesentliche Einzelheiten einiger damals verwendeter Tests sind in einem Überblicksartikel von 1962 hervorragend beschrieben.

Biologische Methoden zur Bestimmung von GH: neue Perspektiven

In einer von Roswall et al. (1996) veröffentlichten Arbeit wurde ein sorgfältiger Vergleich zweier neuer biologischer Methoden zur Bestimmung von GH, die in den Labors der Autoren entwickelt wurden, mit dem Test auf Gewichtszunahme bei hypophysektomierten Ratten durchgeführt. Um diese neuen Methoden voll zu würdigen, ist es notwendig, a) die Struktur des gentechnisch hergestellten menschlichen Wachstumshormons (rhGH) zu betrachten, b) seine strukturellen Varianten und Abbauprodukte sowie c) die molekularen Wechselwirkungen zwischen diesen gut untersuchten Formen und dem menschlichen GH-Rezeptor zu untersuchen.

Primärstruktur des rekombinanten menschlichen Wachstumshormons und seine molekularen Eigenschaften

Die Primärsequenz der rekombinanten Form des menschlichen Wachstumshormons besteht aus 191 Aminosäureresten (22 kDa). Diese Form ist identisch mit der natürlichen 22-kDa-Molekül, das in der Hypophyse synthetisiert und bei physiologischem Bedarf in den Blutstrom abgegeben wird. Ein charakteristisches strukturelles Merkmal ist die Lage der Cysteinreste, die für die Bildung einer großen inneren Disulfidbrücke und einer kleineren Schleife am C-terminalen Ende verantwortlich sind. Auch die enzymatischen Spaltungsstellen zwischen den Threonin-136- und Tyrosin-143-Resten werden gezeigt. Die Spaltung des Peptidmoleküls an dieser Stelle führt zur Bildung einer Struktur, die aus zwei durch Disulfidbrücken verbundenen Ketten besteht. Die Bildung einer solchen zweikettigen Form kann während der Sekretion des Hormons durch eine membranständige Protease in den Hypophysenzellen erfolgen. Bei längerer Lagerung von GH in Lösung kann eine Desamidierung der Asparagin-149- und -152-Reste sowie ein Verlust der beiden N-terminalen Aminosäuren auftreten.

In biologischen Proben werden verschiedene strukturelle Varianten von GH nachgewiesen. In ihren Untersuchungen erhielten Roswall et al. (1996) zwei Varianten, die in der Natur vorkommen, unter Verwendung von rekombinantem Wachstumshormon als Ausgangsmaterial. Eine dieser Varianten war ein Dimer, das durch Bildung einer kovalenten Bindung zwischen Methioninresten entstand, die andere eine Transkriptionsvariante mit einer Molekülmasse von 20 kDa, die durch Deletion der Reste 32-46 entstand. Diese Varianten wurden in den weiter unten betrachteten Untersuchungen verwendet.

Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Molekülen des rekombinanten Wachstumshormons und den Geweberezeptoren für GH ist von großer Bedeutung für ein tieferes Verständnis der Bedeutung und der physiologischen Folgen eines Anstiegs des GH-Spiegels im Blut als Reaktion auf körperliche Übungen. Untersuchungen von Cunningham und Mitarbeitern ermöglichten es vor mehr als 15 Jahren, nicht nur die vollständige Aminosäuresequenz des membranständigen GH-Rezeptors zu bestimmen, sondern auch zu zeigen, dass die extrazelluläre Komponente fast identisch mit der glykosylierten Form des aus menschlichem Serum isolierten Rezeptors ist. Diese Forscher wiesen nach, dass ein 22-kDa-GH-Molekül einen Komplex mit den extrazellulären Rezeptoren von zwei Rezeptormolekülen bildet. Bei niedrigen GH-Konzentrationen bindet der Rezeptor an zwei verschiedene Stellen auf der Hormonoberfläche.

Das Wissen um die molekularen Grundlagen dieser physiologischen Wechselwirkung ermöglichte es Roswall (Roswall et al., 1996), zwei verschiedene Arten von biologischen Methoden zur Bestimmung von GH zu entwickeln. Eine davon, die als hocheffiziente rezeptorgebundene Chromatographie bezeichnet wird, beruht auf der spezifischen Bindung von GH an den gereinigten, immobilisierten extrazellulären Teil des GH-Rezeptors.