Biomineralisation und Calciprotein-Partikel

Die Minerale Calcium und Phosphat sind unverzichtbar für den zellulären Stoffwechsel aller Lebewesen. Calcium ist sowohl ein zellulärer Botenstoff als auch ein essenzieller Bestandteil in Knochen und Zähnen. Energiereiche Phosphate sind darüber hinaus maßgeblich am Energiestoffwechsel beteiligt und steuern die Wirkung signalisierender Moleküle. Beide Ionen kommen typischerweise in millimolarer Konzentration in biologischen Flüssigkeiten vor. Dadurch ergibt sich ein Löslichkeits- und Transportproblem, Calciumphosphate sind schwer wasserlöslich und scheiden leicht aus übersättigten Lösungen aus. Ein ähnliches Transportproblem gibt es bei Fetten, insbesondere bei Cholesterin, das ebenfalls in großer Menge im wässrigen Milieu des Blutes transportiert werden muss, aber nahezu unlöslich in Wasser ist. Werden Fette und Minerale mithilfe von Proteinen kolloidal stabilisiert, kann der Transport im Körper erfolgen.

Blut enthält also neben den Blutzellen gelöste Bestandteile sowie kolloidal stabilisierte Stoffe. Calciproteinpartikel (CPP) sind kolloidale Protein-Mineralkomplexe, die am Institut für Zell- und Molekularbiologie an Grenzflächen entdeckt wurden. CPP entstehen in proteinhaltigen Lösungen, die übersättigt sind mit Calcium und Phosphat. In einer protein- freien Lösung mit einem Überschuss an Calcium und Phosphat fällt sofort kristallines Calciumphosphat aus. Proteine in der Lösung binden kleinste Calciumphosphatkristalle und verhindern deren weiteres Wachstum, sodass die Lösung stabilisiert wird. Wir untersuchen die Bildung, Struktur und Funktion von Calciprotein-Partikeln in der Knochenmineralisierung und in pathologischer Verkalkung. Wir messen das Kalzifizierungs-Risiko in Patienten mit gestörtem Mineralhaushalt.

Literatur

Mud in the blood: the role of protein-mineral complexes and extracellular vesicles in biomineralisation and calcification.

Jahnen-Dechent W, Büscher A, Köppert S, Heiss A, Kuro-o M, Smith ER.

J Struct Biol. 2020;212:107577

Nature's remedy to phosphate woes: calciprotein particles regulate systemic mineral metabolism.

Jahnen-Dechent W, Smith ER.

Kidney Int. 2020 Apr;97(4):648-651.

Fetuin-A regulation of calcified matrix metabolism.

Jahnen-Dechent W, Heiss A, Schäfer C, Ketteler M.

Circ Res. 2011 Jun 10;108(12):1494-509.