Die Hormone : Kortikoide
- Aufbau und Produktion
- Aufbau
- Glukokortikoide
- Mineralokortikoide
- Kortikoidstörer
- Forschungsgeschichte
Abbildung: Hydrocortison, auch Cortisol genannt, ist ein Glucocorticoid-Hormon. (Klicken Sie auf das Bild, um es zu bearbeiten).
CREDIT: PubChem, National Library of Medicine.
Aufbau und Produktion
Corticoide sind eine Gruppe von chemisch verwandten Steroidhormonen. Steroide sind eine besondere Art von Fettmolekülen mit einem viergliedrigen Kohlenstoffatom-Rückgrat oder Kern, wie ihr Vorgänger Cholesterin. Durch eine Reihe chemischer Reaktionen, die von Proteinen, so genannten Enzymen, angetrieben werden, werden dem polyzyklischen (vielgliedrigen) Kern des Cholesterins Gruppen entzogen und hinzugefügt. Durch diese Vorgänge wird es zunächst in das Steroid Pregnenolon, dann in 11-Desoxycorticosteron oder 17-α-Hydroxyprogesteron und schließlich in die Corticoidhormone Corticosteron, Cortisol und Aldosteron umgewandelt.
Abbildung: Viele chemische Veränderungen verwandeln Cholesterin in Kortikoidhormone. CREDIT: Tulane University.
Die Nebennieren, die sich in den Nieren befinden, produzieren beim Menschen und anderen Säugetieren Glukokortikoide und Mineralokortikoide. Fische, Amphibien, Reptilien und Vögel produzieren sie in einem ähnlichen Organ, der Nebenniere.
Nebenniere
Abbildung: Kortikoidrezeptor-Bindung. CREDIT: Tulane University.
Wie alle Steroidhormone entfalten Glucocorticoide und Mineralocorticoide ihre Wirkung, indem sie an Rezeptoren auf der Membranoberfläche der Zelle oder im Inneren der Zelle im flüssigen Zytoplasma andocken. Die Bindung an beiden Orten löst unterschiedliche chemische Signalsysteme aus.
Ein Hormon, das sich mit einem Oberflächenrezeptor verbindet, setzt ein blitzschnelles chemisches Relais im Zytoplasma in Gang, das Veränderungen in der Zellchemie auslöst, um die Hormonausschüttung einzuleiten oder die Übertragung von Nervensignalen in Gang zu setzen. Im Gegensatz dazu können Steroidhormone, wenn sie ins Innere einer Zelle gelangen, an einen Rezeptor binden und so eine Hormon-Rezeptor-Einheit bilden, die in den Zellkern wandert, sich direkt an spezielle DNA-Bindungsstellen anlagert und proteinproduzierende Gene aktiviert. Die während dieses Prozesses gebildeten Proteine steuern die Zellveränderungen, die den Ionen- und Energiehaushalt koordinieren (Cato et al. 2002).
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Glukokortikoide
Glukokortikoide sind nach ihrer Rolle bei der Freisetzung des Zuckers Glukose benannt. Doch der Name der Hormongruppe täuscht über ihre weitreichende Bedeutung hinweg. Diese Hormone beeinflussen jedes System des Körpers und steuern grundlegende Prozesse, die mit der Umwandlung von Zucker-, Fett- und Proteinspeichern in nutzbare Energie, der Hemmung von Schwellungen und Entzündungen und der Unterdrückung von Immunreaktionen verbunden sind.
Am bekanntesten ist ihre Rolle beim Stressabbau. Die oft als „Stresshormone“ bezeichneten Glukokortikoide treten in Aktion, um die Energie bereitzustellen, die zur Bekämpfung von körperlichem oder emotionalem Stress benötigt wird, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Fieber, Krankheit, Verletzungen oder Sicherheitsbedrohungen. Ihre Signale an Leber, Fett und Muskeln beschleunigen den chemischen Abbau – oder Stoffwechsel – von gespeichertem Zucker, Fett und Eiweiß.
Um Energie zu gewinnen, signalisieren Glukokortikoide der Leber, sowohl ihre eigene gespeicherte Glukose freizusetzen als auch Muskelproteine und Fette aus dem Blut aufzunehmen und in Glukose umzuwandeln. Bei der Aufspaltung dieser molekularen Nahrung wird gespeicherte Energie freigesetzt, die dann als Glukose in den Blutkreislauf abgegeben wird. Die Glukose wird bevorzugt an das Gehirn und das Herz abgegeben, um die Kampf-oder-Flucht-Reaktionen auf den wahrgenommenen Stress zu unterstützen.
Hydrocortison, auch Cortisol, Corticosteron, 11-Desoxycortisol und Cortison genannt, sind die Arten von Glucocorticoiden, die bei den meisten Wirbeltieren vorkommen. Cortisol ist das am häufigsten vorkommende und stärkste Glukokortikoid bei Menschen und Fischen. Corticosteron ist bei Amphibien, Reptilien und Vögeln am stärksten.
Krankheiten oder Gesundheitsprobleme sind mit einem Ungleichgewicht der Glukokortikoide verbunden. So kann ein Zuviel an Cortisol das Cushing-Syndrom auslösen, während ein Zuwenig zur Addison-Krankheit beiträgt. Eine übermäßige Sekretion von Glukokortikoiden wird mit einigen Arten von Diabetes in Verbindung gebracht. Dauerstress erhöht die Glukokortikoide auf Werte, die andere Steroidhormone hemmen und die Fruchtbarkeit beeinträchtigen können.
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Mineralcorticoide
CREDIT: PubChem, National Library of Medicine.
Wie der Name schon sagt, regulieren Mineralocorticoide die Mineralien – anorganische Moleküle wie Natrium, Kalium und Wasserstoff. Hauptsächlich sorgen diese Hormone für ein Gleichgewicht der Mineralien, um den Wasserhaushalt in und um die Zellen aufrechtzuerhalten. Sie wirken vor allem in der Niere, im Dickdarm und in den Speicheldrüsen und veranlassen die Zellen, Natrium zurückzuhalten und Kalium- und Wasserstoffionen mit dem Urin auszuscheiden. Wenn Natrium zurückgehalten wird, wird auch Wasser zurückgehalten, wodurch sich die Gesamtmenge des zirkulierenden Blutes erhöht und der Blutdruck steigt. Blutdrucksensoren in der Niere helfen, die Freisetzung von Mineralocorticoiden ein- oder auszuschalten, damit das richtige Gleichgewicht erhalten bleibt.
Aldosteron ist das einzige Mineralocorticoid bei vierbeinigen Wirbeltieren. Cortisol, obwohl typischerweise als Glucocorticoid eingestuft, reguliert den Mineralhaushalt bei Fischen und jungen Amphibien.
Ein ausgewogenes Hormongleichgewicht ist für eine gute Gesundheit erforderlich. Eine zu hohe Mineralokortikoidaktivität kann zu Natrium-/Salzretention, Schwellungen und Bluthochdruck führen, die alle als Hypermineralokortikoidismus bezeichnet werden. Eine zu geringe Aktivität führt zu niedrigen Natrium-/Salzspiegeln, niedrigem Blutdruck und geringem Blutvolumen, was als Hypomineralokortikoidismus bezeichnet wird.
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Kortikoidstörer
Zurzeit haben Wissenschaftler keine Verbindungen in der Umwelt identifiziert, die die Wirkung von Glukokortikoiden oder Mineralokortikoiden direkt nachahmen oder blockieren. Die Exposition gegenüber polychlorierten Biphenylen (PCB) wird jedoch mit ungewöhnlich niedrigen Glukokortikoidspiegeln bei Eisbären (Oskam et al. 2004), Vögeln (Love et al. 2003), Fischen (Aluru et al. 2004) und Fröschen (Glennemeler und Denver 2001) in Verbindung gebracht, was darauf schließen lässt, dass PCB den Energiehaushalt stören könnten. Das Schwermetall Arsen, das auf natürliche Weise die Wasserversorgung auf der ganzen Welt verunreinigt und in großem Umfang als Holzschutzmittel verwendet wurde, kann mit Glukokortikoidhormon-Rezeptor-Komplexen interferieren und die Gentranskription hemmen, ein Mechanismus, der die Verbindung des Metalls mit Krebs erklären könnte (Kaltreider et al. 2001).
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Forschungsgeschichte
Im Jahr 1855 beschrieb Thomas Addison erstmals die entscheidende Rolle der Nebennieren, als er eine Krankheit dokumentierte, die mit ihrer Atrophie einherging (Addison 1855). Die Patienten fühlten sich schwach, verloren an Gewicht, hatten Heißhunger auf Salz, einen niedrigen Blutzucker und einen sehr niedrigen Blutdruck. Spätere Experimente zeigten, dass die Nebennieren einen gewissen Einfluss auf die vom Körper ausgeschiedene Salzmenge und auf den Zucker- und Stärkestoffwechsel haben.
1945 wurden die vier Glukokortikoide mit der größten Wirkung auf den Blutzuckerspiegel aus der Nebenniere extrahiert und als 11-Desoxycortisol, Kortikosteron, Kortison und Kortisol identifiziert. 1952 extrahierten James F. Tait, Sylvia A. Simpson und Kollegen (Tait et al. 1952; Simpson et al. 1952) ein Steroid, das Natriumretention verursachte, und identifizierten es 1954 als das Mineralokortikoid Aldosteron (Hadley 2000; Simpson 1954).
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- Addison T. 1855. On the Constitutional and Local Effects of Disease of the Supra-renal Capsules. London, UK: Samuel Highley.
- Aluru N, Jorgensen E, Maule A, and Vijayan M. 2004. PCB-Störung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse beinhaltet eine Herunterregulierung des Glucocorticoid-Rezeptors im Gehirn des anadromen Seesaiblings. American Journal of Physiology – Regulatory Integrative and Comparative Physiology 287:R787-793.
- Cato A, Nestl A, and Mink S. 2002. Rapid actions of steroid receptors in cellular signaling pathways. Science’s STKE 2002: re9; doi: 10.1126/stke.2002.138.re9; Available: http://stke.sciencemag.org/cgi/content/full/sigtrans%3b2002/138/re9.
- Glennemeller K und Denver R. 2001. Subletale Effekte einer chronischen Exposition gegenüber einer Organochlorverbindung auf Kaulquappen des Nördlichen Leopardenfrosches (Rana pipiens). Environmental Toxicology 16:287-297.
- Hadley M. 2000. Endocrinology. Upper Saddle River, NJ:Prentice Hall.
- Kaltreider RC, Davis AM, Lariviere JP, and Hamilton JW. 2001. Arsen verändert die Funktion des Glucocorticoidrezeptors als Transkriptionsfaktor. Environmental Health Perspectives 109(March):245-251.
- Love O, Shutt L, Silfies J, Bortolotti G, Smits J, and Bird D. 2003. Auswirkungen einer PCB-Exposition über die Nahrung auf die Nebennierenrindenfunktion bei in Gefangenschaft lebenden amerikanischen Turmfalken (Falco sparverius). Ecotoxicology 12:199-208.
- Oskam I, Ropstad E, Lie E, Derocher A, Wiig O, Dahl E, Larsen S, and Skaare J. 2004. Organochlorine beeinflussen das Steroidhormon Cortisol bei freilebenden Eisbären (Ursus maritimus) in Svalbard, Norwegen. Journal of Toxicology and Environmental Health Part A 67:959-977.
- Simpson SA, Tait JF, Wettstein A, Neher R, Von Euw J, Schindler O, and Reichstein T. 1954. Konstitution des Aldosterons, des neuen Mineralocorticoids (Constitution of aldosterone, a new mineralocorticoid). Experientia 10(3):132-133.
- Simpson SA, Tait JF and, Bush IE. 1952. Secretion of a salt-retaining hormone by the mammalian adrenal cortex. Lancet 2(5):226-228.
- Tait JF, Simpson SA, and Grundy HM. 1952. Die Wirkung von Nebennierenextrakt auf den Mineralstoffwechsel. Lancet 1(3):122-124.
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