Transport freier und peptidgebundener Maillard-Produkte und Crosslink-Aminosäuren an den Epithelien von Darm und Niere
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Maillard-Reaktionsprodukte (MRPs) sowie Crosslink-Aminosäuren (Lysinoalanin, LAL; Histidinoalanin; HAL) in Lebensmitteln werden zunehmend als alimentäre Risikofaktoren diskutiert. Ziel des Forschungsprojektes war es, die Wechselwirkungen freier und peptidgebundener MRPs sowie Crosslink-Aminosäuren mit epithelialen Transportsystemen des Darm und der Niere zu charakterisieren und so zu klären, ob eine aktive Aufnahme bzw. Rückresorption individueller Aminosäurederivate erfolgen kann. Auf der Grundlage etablierter bzw. für die Fragestellung optimierter Syntheseverfahren wurden die in Lebensmitteln aus quantitativer Sicht relevanten Lysin- und Argininderiavet der Maillard-Reaktion sowie LAL und HAL in freier Form und als Dipeptid (ausgehend von Lys- Ala bzw. Ala-Lys sowie Arg-Ala bzw. Ala-Arg) synthetisiert. Dabei wurde mit 6-(2-Formylpyrrol-1-yl-)norleucin (Formylin) ein bislang nicht bekanntes Lysinderivat isoliert. Fluxstudien an Caco-2-Zellen (Darm), MDCK-, OK- und SKPT-Zellen (Niere) sowie Transportstudien mittels radioaktiv markierter Referenzsubstrate sollen beweisen, ob einzelne Verbindungen von PEPT1, PEPT2 oder den Aminosäuretransportern B0, y+, B0,+, b0+, PAT1 erkannt und transportiert werden. Die untersuchten Verbindungen verhielten sich bei den Inhibitions- und Transportexperimenten sehr unterschiedlich. Unter den freien modifizierten Aminosäuren konnte nur Pyrralin den Lysintransport relativ schwach inhibieren. Keine Verbindung wurde als freie Aminosäure aktiv über Caco-2-Zellen transportiert. Diverse Peptide (z.B. Ala-CML, Pyrr-Ala) stellten dagegen hoch affine Inhibitoren für den Peptidtransport dar. Von besonderer Bedeutung war die Beobachtung, dass einzelne Verbindungen als Dipeptide aktiv von Caco-2-Zellen aufgenommen, intrazellulär zum größten Teil gespalten und dann als freie Derivate basolateral abgegeben werden. Besonders hohe Transportraten wurden für Pyrrolverbindungen (Pyrralin, Formylin) bestimmt. Die quantitativ in Lebensmitteln besonders bedeutsamen Amadori-Produkte werden dagegen weder frei noch peptidgebunden aktiv transportiert. Keine der untersuchten Aminosäuren wird darüber hinaus von Aminosäuretransportern der Niere resorbiert. In Studien zur simulierten gastrointestinalen Verdauung wurde bewiesen, dass proteingebundene Maillard-Reaktionsprodukte proteolytisch aus dem Proteinverband freisetzbar sind. Unterschiede im Ausmaß der Bildung potenziell resorbierbarer kurzkettiger Peptide waren auf strukturelle Eigenschaften der betreffenden Aminosäurederivate (basische/hydrophobe Seitenketten) zurückführbar. Quervernetzungsprodukte (Glutamyllysin, LAL) sind generell schlecht freisetzbar. Die Verdaubarkeit von Caseinen wird vor allem durch die Quervernetzung eingeschränkt, nicht aber durch die Lysinblockierung. Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass (i) einzelne Maillard-Reaktionsprodukte als Peptide, nicht jedoch als freie Aminosäuren, im Darm aufgenommen und so in den Körper transportiert werden können, dass (ii) die daraus freigesetzten Aminosäuren renal ohne Rückresorption ausgeschieden werden und somit nicht im Körper „gehalten“ werden können. MRPs werden damit als Dipeptide bioverfügbar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008). Transport von Maillard-Reaktionsprodukten durch intestinale Epithelzellen. Lebensmittelchem. 62, 63
Hellwig M., Hultsch C., Grunwald S., Krause R., Bruch M., Brandsch M., Henle T.
- (2009). Epithelialer Transport peptidgebundener Maillard-Reaktionsprodukte. Lebensmittelchem. 63, 117- 118
Hellwig M., Geißler S., Peto A., Matthes R., Knütter I., Brandsch M., Henle T.
- (2009). Proteolytische Freisetzung von Maillard- Reaktionsprodukten. Lebensmittelchem. 63, 118
Hellwig M., Matthes R., Peto A., Henle T.
- (2009). Release of proteinbound N-ε-(γ-glutamyl)-lysine during simulated gastrointestinal digestion. Czech J. Food Sci. 27 (Special issue) S153-S155
Hellwig M., Löbner J., Schneider A., Schwarzenbolz U., Henle T.
- (2009). Transport of free and peptide-bound pyrraline at intestinal and renal epithelial cells. J. Agric. Food Chem. 57, 6474-6480
Hellwig M, Geissler S, Peto A, Knütter I, Brandsch M, Henle T
- (2010). Formyline, a new glycation compound from the reaction of lysine and 3-deoxypentosone. Eur. Food Res. Technol. 230, 903-914
Hellwig M., Henle T.
- (2010). Freisetzung von proteingebundenem N-ε-(γ-Glutamyl)-lysin bei der simulierten gastrointestinalen Verdauung. Lebensmittelchem. 64, 98
Löbner J., Hellwig M., Schneider A., Schwarzenbolz U., Henle T.
- (2010). Peptidgebundene α-Hydroxy-4(1H)-pyridinon-Derivate, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung. Patentanmeldung beim DPMA, Anmeldenummer DE 10 2010 036 261.1, Anmeldetag 24.08.2010
Hellwig M., Geissler S., Brandsch M., Henle T.
- (2010). Transport of the advanced glycation end products alanylpyrraline and pyrralylalanine by the human protoncoupled peptide transporter hPEPT1. J. Agric. Food Chem. 58, 2543-2547
Geissler S, Hellwig M, Zwarg M, Markwardt F, Henle T, Brandsch M
- (2010). Transport von Pyrralin, Alanylpyrralin und Pyrrylalanin durch intestinale Aminosäure- und Peptidtransporter. Lebensmittelchem. 64, 97
Geissler S., Hellwig M., Peto A., Dorn M., Knütter I., Henle T., Brandsch M.
- (2010). Intestinal transport of the iron chelator maltosine in free and dipeptide form. Eur. J. Pharm. Biopharm
Geissler S., Hellwig M., Markward F., Henle T., Brandsch M.
