Zusammenfassung
Am Knochenmark von vier Patienten mit megaloblastären Anämien wurden vor und nach i.m. Injektion von 1000 µg Vitamin B12 in Form von Cyanocobalamin die bei der Thyminnucleotid-Synthese beteiligten Enzyme FH2-Reductase und Thymidinkinase, der Mitoseindex, der DNS-Gehalt in der Einzelzelle und der in vitro-Einbau von3H-Thymidin untersucht:
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Der Anteil in DNS-Synthese befindlicher Zellen ist in der megaloblastären Erythropoese und Granulopoese im Durchschnitt erhöht. Dieses läßt sich innerhalb der Erythropoese auf einen hohen3H-Thymidinindex der polychromatischen Megaloblasten zurückführen. Bei der Untersuchung der Granulopoese fallen unter den „Riesenstabkernigen“ ein besonders hoher3H-Thymidin-Markierungsindex und gehäuft 4 n DNS-Werte auf. Diese Zellen werden als nicht ausreifungsfähige Fehlbildungen auf der Stufe der Pro- und Myelocyten aufgefaßt.
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Nach Vitamin B12-Gabe fallen3H-Thymidinindex und Anteil der Zellen mit einem DNS-Gehalt zwischen 2 n und 4 n mit Normalisierung des morphologischen Markbefundes auf niedrige Werte ab. Diese Veränderungen erfolgen in der Erythropoese schneller als in der Granulopoese.
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Im Cytolysat des megaloblastären Knochenmarkes ist besonders die Thymidinkinase stark erhöht. Ein beginnender Aktivitätsabfall dieses Enzyms kann bereits 12 Std nach Vitamin B12-Gabe nachgewiesen werden. Dieses läßt sich durch Normalisierung der de-novo-Synthese von Thyminmethylgruppen und Hemmung der Thymidinkinase durch vermehrt gebildetes Thymidintriphosphat erklären. Auch die erhöhte FH2-Reductase fällt nach Vitamin B12-Gabe auf normale Werte ab.
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Der Wirkungsmechanismus des Vitamin B12 und die bei seinem Mangel resultierenden Veränderungen im Zellstoffwechsel und in der Proliferation werden diskutiert. Dabei wird für die Megaloblasten eine verlängerte DNS-Synthesedauer angenommen.
Summary
The enzymes FH2-reductase and thymidine kinase which are important for thymine nucleotide-synthesis, the DNA-content of single cells and the in vitro incorporation of3H-thymidine were examined in the bone marrow of 4 patients with megaloblastic anemias before and after i.m. injection of 1000 µg vitamine B12 as cyanocobalamine.
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Prior to injection of vitamine B12 the number of DNA synthesizing cells is increased in the megaloblastic erythropoietic and in the granulopoietic system. Within the erythropoiesis this is due to a high3H-thymidine-index of polychromatic megaloblasts. Examination of the granulopoiesis shows high3H-thymidine indices and many 4n DNA-values of the giant band cells. These cells seem to be defect precursors — unable to mature — in the compartment of promyelocytes and myelocytes.
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After injection of vitamin B12 there is a decrease of3H-thymidine-index and of cells with DNA-content between 2 n and 4 n to normal values simultanously with morphological restauration of the bone marrow. These changes are detected in the erythropoiesis earlier than in the granulopoiesis.
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In the cytolysate of the megaloblastic bone marrow the thymidine kinase is highly increased. A decrease of this enzyme activity can be detected already 12 hours after injection of vitamine B12. This may be explained by normalisation of de novosynthesis of thymine methylgroups, for thymidine-triphosphate which is formed by this pathway has an inhibitory action on thymidine kinase. The activity of FH2-reductase also is increased and falls down to normal values after application of vitamine B12.
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The mechanism of action of vitamine B12 and the abnormalities of cell metabolism and proliferation in B12-deficiency are discussed. It seems probable that in the cells of the megaloblastic bone marrow the DNA-synthesis is prolongated.
Literatur
Bianchi, P. A.: Thymidine phosphorylation and desoxyribonucleic acid synthesis in human leucemic cells. Biochim. biophys. Acta (Amst.)55, 547 (1962).
Canellakis, E. S., J. J. Jaffe, R. Montsavinos, andJ. S. Krakow: Pyrimidine metabolism. V. A comparison of normal and regenerating rat liver. J. biol. Chem.234, 2096 (1959).
Potter, R. L., andO. F. Nyagaard: The conversion of thymidine to thymine nucleotides and desoxyribonucleic acid in vivo. J. biol. Chem.238, 2150 (1963).
Weissman, S. M. R. M. S. Smellie, andJ. Paul: Studies on the biosynthesis of desoxyribonucleic acid by extracts of mammalian cells. IV. The phosphorylation of thymidine. Biochim. biophys. Acta45, 101 (1960).
Blakeley, R. L., andB. M. McDougall: The biosynthesis of thymidylic acid. III. Purification of thymidylate synthetase and its spectrophotometric assay. J. biol. Chem.237, 812 (1962).
Friedkin, M.: The transfer of H3 from tritiated tetrahydrofolic acid to thymidylic acid. Fed. Proc.18, 230 (1959).
Friedkin, M.: Assay of thymidylate synthetase activity. In:S. P. Colowick andN. O. Kaplan, Methods in enzymology, vol. VI, p. 124, New York: Academic Press 1963.
Wahba, A. J., andM. Friedkin: Direct spectrophotometric evidence for the oxydation of tetrahydrofolat during the enzymatic synthesis of thymidylate. J. biol. Chem.236, PC 11 (1961).
Donaldson, K. O., andJ. C. Keresztesy: The interconversion of Prefolic A and tetrahydrofolic acid. Fed. Proc.20, 453 (1961).
Herbert, V.: The assay and nature of folic activity in human serum. J. clin. Invest.40, 81 (1961).
Arnstein, H. R. V.: Metabolic functions of folic acid and vitamin B12. Series Haemat.3, 38 (1965).
Guest, J. R., andD. D. Woods: Metabolic interrelationships between cobalamin and folic acid in the synthesis of methionin by Escherichia coli. In:H. Heinrich, Vitamin B12 und Intrinsic Factor, S. 686. Stuttgart: Ferdinand Enke 1962.
Hatch, F. T., A. R. Larrabee, R. E. Cathou, andJ. M. Buchanan: Enzymatic synthesis of the methyl group of methionin. I. Identification of the enzymes and cofactors involved in the system isolated from Escherichia coli. J. biol. Chem.236, 1095 (1961).
Jaenicke, L.: Ein biologisch aktives Methylfolat. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem.326, 1467 (1963).
Jaenicke, L.: Vitamin and coenzyme function: Vitamin B12 and folic acid. Ann. Rev. Biochem.33, 287 (1964).
Larrabee, A. R., andJ. M. Buchanan: A new intermediate of methionin biosynthesis. Fed. Proc.20, 9 (1961).
Larrabee, A. R., S. Rosenthal, R. E. Cathou, andJ. M. Buchanan: Enzymatic synthesis of the methyl group of methionin. VI. Isolation, characterisation and role of 5-methyltetrahydrofolate. J. biol. Chem.238, 1025 (1961).
Takeyama, S., andJ. M. Buchanan: Enzymatic synthesis of the methyl group of methionin. II. Involvement of vitamin B12. J. biol. Chem.236, 1102 (1961).
Cooper, B. A., andL. Lowenstein: Relative folate deficiency of erythrocytes in pernicious anemia and its correlation with cynocobalamin. Blood24, 502 (1964).
Herbert, V., andR. Zalusky: Interrelation of vitamin B12 and folic acid metabolism: Folic acid clearance studies. J. clin. Invest.41, 1263 (1962).
Mollin, D. L., A. H. Waters, andE. Harriss: Clinical aspects of metabolic inter-relationships between folic acid and vitamin B12. In:H. C. Heinrich, Vitamin B12 und Intrinsic Factor, S. 737. Stuttgart: Ferdinand Enke 1962.
Breitman, T. R.: The feed back inhibition of thymidine kinase. Biochim. biophys. Acta (Amst.)67, 153 (1963).
Ives, D. H., P. A. Morse, andV. R. Potter: Feed back inhibition of thymidine kinase by thymidine triphosphate. J. biol. Chem.238, 1467 (1963).
Bresnick, E., andR. J. Karjala: End-product inhibition of thymidine kinase activity in normal and leucemic leucocytes. Cancer Res.24, 841 (1964).
Wilmanns, W.: Folsäurestoffwechsel und Nucleinsäuresynthese in weißen Blutzellen und ihre Bedeutung für die Chemotherapie der akuten Leukämien. Habil.-Schr. Tübingen 1966.
Crathorn, A. R., andK. V. Shooter: Uptake of thymidine and synthesis of desoxyribonucleic acid in mouse ascites cells. Nature (Lond.)187, 614 (1960).
Potter, R. L.: In: The kinetics of cellular proliferation (edF. Stohlman jr.). p. 113. New York: Grune & Stratton 1959.
Stohlman jr., F.: In: The kinetics of cellular proliferation (ed.F. Stohlman jr.), p. 318. New York: Grune & Stratton 1959.
Friedkin, M., andH. Wood: Utilization of thymidine-C-14 by bone marrow cells and isolated thymus nuclei. J. biol. Chem.220, 639 (1956).
Friedkin, M., D. Tilson, andD. Roberts: Studies of desoxyribonucleic acid biosynthesis in embryonic tissues with thymidin-C-14. J. biol. Chem.220, 627 (1956).
Gall, J. G., andW. W. Johnson: Is there “metabolic” DNA in the mouse seminal vesicle? J. biophys. biochem. Cytol.7, 657 (1960).
Swift, H. H., andA. Rasch: Microphotometry with visible light. In: Physical techniques in biological research, vol. II, p. 353. New York: Academic Press 1956.
Pollister, A. W., andL. Ornstein: Cytophotometric analysis in the visible spectrum. In: Analytical cytology, ed. byR. C. Mellors. London: McGraw-Hill Book Co. 1955.
Ris, H., andE. Mirsky: Quantitative cytochemical determination of desoxyribonucleic acid with Feulgen-nuclearreaction. J. gen. Physiol.33, 125 (1949).
Müller, D.: Studium der Proliferationsdynamik von Blutzellen mit Hilfe cytophotometrischer DNS-Bestimmungen in der Einzelzelle. Klin. Wschr.44, 174 (1966).
Bock, H. E., F. W. Aly, W. L. Castrillón-Oberndorfer, M. Eggstein, Ch. Fröhlich, J. Hartje, D. Müller, K. Seynsche, D. Voss, H. D. Waller u.W. Wilmanns: Verlaufsstudien an megaloblastären Anämien unter Vitamin B12-Behandlung. Klin. Wschr.45, 169 (1967).
Wilmanns, W.: Bestimmung, Eigenschaften und Bedeutung der Dihydrofolsäure-Reductase in den weißen Blutzellen bei Leukämien. Klin. Wschr.40, 533 (1962).
Wilmanns, W., u.L. Jaenicke: Die Bedeutung des Folsäurestoffwechsels für die normale und pathologische Reifung von Blutzellen. Klin. Wschr.41, 1077 (1963).
Futterman, S.: Enzymatic reduction of folic acid and dihydrofolic acid to tetrahydrofolic acid. J. biol. Chem.228, 1031 (1957).
Blakeley, R. L.: Cristalline dihydropteroylglutamic acid. Nature (Lond.)40, 1684 (1961).
Bollum, F. J., andV. R. Potter: Nucleic acid metabolism in regenerating rat liver. VI. Soluble enzymes which convert thymidine to thymidine phosphates and DNA. Cancer Res.19, 561 (1959).
Müller, D.: Erfahrungen mit der Feulgenfärbung für quantitative cytochemische DNS-Untersuchungen. Histochemie7, 96 (1966).
Caspersson, T.: Über den chemischen Aufbau der Strukturen des Zellkerns. Skand. Arch. Physiol.73, Suppl. 8 (1936).
Sandritter, W.: Ultraviolettmikrospektrophotometrie. In: Handbuch der Histochemie, Bd. I, S. 220. Stuttgart 1958.
Müller, D.: Desoxyribonukleinsäurebestimmungen in den Leukozyten der normalen und leukämischen Granulopoese. Klin. Wschr.42, 224 (1964).
Zanker, V.: Allgemeine Grundlagen der Photometrie und Spektrophotometrie. Acta histochem. (Jena)9, 101 (1960).
Ornstein, L.: The distributional error in microspectrophotometry. Lab. Invest.1, 250 (1952).
Oehlert, W.: Histoautoradiographie. In:H. M. Rauen, Biochemisches Taschenbuch, Teil 2, S. 512. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1964.
Astaldi, G.: Differentiation and maturation of haemopoietic cells studied in tissue culture. In: Ciba Found. Symp. on Haemopoiesis. London: J. & A. Churchill Ltd. 1960, p. 99.
Schmid, J. R., S. Moeschlin, andV. Haegi: Pernicious anemia: An erythrokinetic and autoradiographic study, using3H-thymidine,3H-uridine and3H-cytidine. Acta haemat. (Basel)32, 65 (1964).
Mauri, C.: Die DNS-Synthese in den Knochenmarkerythroblasten. Autoradiographische Untersuchungen mittels3H-Thymidin. Folia haemat. (Frankfurt) N.F.6, 239 (1962).
Bock, H.E.: Das Hämomyelogramm. Klin. Wschr.18, 1565 (1939).
Graham, R. M., andM. H. Rheault: Characteristic cellular changes in epithelial cells in pernicious anemia. J. Lab. clin. Med.43, 295 (1954).
Boddington, M. M., andA. J. Spriggs: Epithelial cells in megaloblastic anemias. J. clin. Path.12, 228 (1959).
Rohr, K.: Das menschliche Knochenmark, 3. Aufl. Stuttgart: Georg Thieme 1960.
Weicker, H., u.H. Scharfenberger: Das Megaloblasten-Erythroblastenproblem unter Karyo- und cytometrischen Gesichtspunkten. Dtsch. Arch. klin. Med.202, 133 (1955).
Weicker, H.: Hämo-Zytomorphologie des B12-Mangels in vivo. In: Vitamin B12 und Intrinsic-Factor, S. 361. Stuttgart: Ferdinand Enke 1957.
Weicker, H.: Zellteilung und Zellteilungsstörungen. In:Heilmeyer-Hittmair, Handbuch der allgemeinen speziellen Hämatologie, 2. Aufl., Bd. I/1, S. 148. München: Urban & Schwarzenberg 1957.
Davidson, J. N., I. Leslie, andJ. C. White: The nucleic acid content of the cell. Lancet1951 I, 1287.
White, J. C., I. Leslie, andJ. N. Davidson: Nucleic acids of bone marrow cells, with special reference to pernicious anaemia. J. Path. Bact.66, 291 (1953).
Menten, M. L., andM. Willms: Nucleic acid in cells of bone marrow of patients with pernicious anaemia. Arch. Path.54, 343 (1952).
Glaser, H. S., J. F. Müller, T. Jarrold, K. Sakurai, J. J. Will, andR. W. Vilter: Effect of vitamin B12 and folic acid on nucleic acid composition of the bone marrow of patients with megaloblastic anemia. J. Lab. clin. Med.43, 905 (1954).
Thorell, B.: Studies on the formation of cellular substances during blood cell production. Acta med. scand., Suppl.200, 1 (1947).
Killmann, S. A., E. P. Cronkite, T. M. Fliedner, andV. P. Bond: Mitotic indices of human bone marrow cells. I. Number and cytologic distribution of mitosis. Blood19, 743 (1962).
Killmann, S. A., T. M. Fliedner, V. P. Bond, E. P. Cronkite, andG. Brecher: Mitotic indices of human bone marrow cells. II. The use of mitotic indices for estimation of time parameters of proliferation in serially connected multiplicative cellular compartments. Blood21, 141 (1963).
Killmann, S. A., E. P. Cronkite, T. M. Fliedner, andV. P. Bond: Mitotic indices of human bone marrow cells. III. Duration of some phases of erythrocytic and granulocytic proliferation computed from mitotic indices. Blood24, 267 (1964).
Bond, V. P., T. M. Fliedner, E. P. Cronkite, J. R. Rubini, andJ. S. Robertson: Cell turnover in blood and bloodforming tissues studied with tritiated thymidine. In: Kinetics of cellular proliferation (ed.F. R. Stohlman jr.). New York: Grune & Stratton 1959.
Fieschi, A.: Semiologie des Knochenmarks. Ergebn. inn. Med. Kinderheilk.59, 382 (1940).
Rondanelli, E. G., P. Gorini, E. Magliulo, andG. P. Fiori: Differences in proliferative activity between normoblasts and pernicious anemia megaloblasts. Blood24, 542 (1964).
Lambin, P.: Sur les modifications de la moelle osseuse dans l'anémie pernicieuse et leur signification pathogénique. Zit. nachA. Fieschi, Semilogie des Knochenmarks. Ergebn. inn. Med. Kinderheilk.59, 382 (1940).
Rondanelli, E. G., P. Gorini, E. Magliulo, andG. P. Fiori: Phase contrast studies on mitotic cycle of pernicious anemia megaloblasts after vitamin B12 treatment. Blut12, 267 (1966).
Fitzgerald, P. H., R. D. Menzies, P. E. Crossen, andF. W. Gunz: Cytogenetic and cytochemical studies on marrow cells in B12 and folate deficiency. XIth. Congr. int. Soc. Haemat., Sydney 1966.
Wakisaka, G., H. Uchino, S. Shirakawa, Y. Yoshida, andA. Todo: Studies on the DNA synthesis of megaloblasts. XIth. Congr. int. Soc. Haemat., Sydney 1966.
Finch, C. A., D. H. Coleman, A. Motulsky, D. M. Donohue, andF. H. Reiff: Erythrokinetics in pernicious anemia. Blood11, 807 (1956).
Lajtha, L. G., andR. Oliver: Studies on the kinetics of erythropoiesis: a model of the erythron. In: Ciba Found. Symp. on Haemopoiesis. London: J. & A. Churchill Ltd. 1960, p. 289.
Alpen, E. L., andD. Cranmore: Observations on the regulation of erythropoiesis and on cellular dynamics by Fe59 autoradiography. In: The cinetics of cellular proliferation (ed.F. Stohlman jr.), p. 290, New York: Grune & Stratton 1959.
Gross, R., E. Grundmann, H. Brehmke, I. Kahlstorf u.U. Bock: Art und Intensität der Zellvermehrung bei akuten Leukosen. (Nach morphologischen und cytophotometrischen Untersuchungen.) Klin. Wschr.40, 392 (1962).
Boll, I.: Granulocytopoese unter physiologischen und pathologischen Bedingungen. In: Experimentelle Medizin, Pathologie und Klinik, Bd. 17. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1966.
Cohen, S. S., andH. D. Barnes: Studies on unbalanced growth in Escherichia coli. Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.)50, 885 (1954).
Beck, W. S.: The metabolic function of vitamin B12. New Engl. J. Med.266, 765 (1962).
Thomas, E. D., andH. L. Lochte: Studies on the biochemical defect of pernicious anemia. I. In vitro observations on oxygen consumption, heme synthesis and desoxyribonucleic acid synthesis by pernicious anemia bone marrow. J. clin. Invest.37, 166 (1958).
Williams, A. M., J. J. Chosy, andR. F. Schilling: Effects of vitamin B12 in vitro on incorporation of nucleic acid precursors by pernicious anemia bone marrow. J. clin. Invest.42, 670 (1963).
Killmann, S. A.: Effect of desoxyuridine on incorporation of tritiated thymidine: Difference between normoblasts and megaloblasts. Acta med. scand.175, 483 (1964).
Spies, T. D., W. B. Frommeyer, C. F. Vilter, andA. English: Anti-anemic propertis of thymine. Blood1, 185 (1946).
Bock, H. E.: Zur Thyminwirkung bei Anaemia perniciosa. Schweiz. med. Wschr.78, 1104 (1948).
Killmann, S. A.: Erythropoetic response to thymidine in pernicious anemia. Acta med. scand.175, 489 (1964).
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Bock, H.E., Hartje, J., Müller, D. et al. Thyminnucleotid-Synthese und Proliferation von Knochenmarkzellen bei megaloblastären Anämien unter der Einwirkung von Vitamin B12 . Klin Wochenschr 45, 176–188 (1967). https://doi.org/10.1007/BF01716905
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