Hämozoin

Synonyme: β-Hämatin, Malaria-Pigment
Englich: hemozoin

1 Definition

Hämozoin ist ein Abbauprodukt des Hämoglobins, das durch intraerythrozytäre Parasiten (z.B. Plasmodium falciparum) gebildet wird.

2 Hintergrund

Intraerythozytäre Parasiten wie Plasmodium falciparum nutzen die Aminosäuren des Hämoglobins für ihren Stoffwechsel. Bei dessen Abbau ensteht freies Häm, das für die Parasiten toxisch ist. Um eine Selbstterminierung im Erythrozyten zu verhindern, verfügen die Parasiten über Mechanismen, die das toxische Häm durch Biokristallisation in ungiftige Abbauprodukte umsetzen.

3 Biochemie

Hämozoinkristalle sind aus Hämatin-Dimeren aufgebaut, die durch Wasserstoffbrücken zu größeren Einheiten miteinander verbunden sind. Sie können als zyklisches oder lineares Polymer vorliegen. In diesen Dimeren ist das zentrale Eisenatom eines Hämatinmoleküls an ein Sauerstoffatom der Carboxygruppe eines benachbarten Hämatinmoleküls gebunden. Diese reziproken Eisen-Sauerstoffbindungen sind spezifisch für Hämozoin und lassen sich nicht bei anderen Porphyrin-Dimeren finden.

Hämozoin

4 Pathophysiologie

Während der asexuellen Reproduktion im Erythrozyten konsumiert Plasmodium falciparum bis zu 80% des dort vorhandenen Hämoglobins. Bei der Metabolisierung entsteht monomeres α-Hämatin, auch Ferriprotoporphyrin IX (FPPIX) genannt. Diese Substanz ist toxisch, da sie die Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies katalysiert. Sie kann auch zur Zerstörung der Zellmembran des Wirtserythrozyten führen. Plasmodium falciparum neutralisiert das toxische α-Hämatin daher durch eine Aggregatbildung, bei der α-Hämatin zu unlöslichem, inertem β-Hämatin umgesetzt wird.

Der genaue Mechanismus der Biokristallisation ist noch nicht abschließend geklärt und wird kontrovers diskutiert. Als Auslöser für die Kristallisation werden u.a. Membranlipide und Histidin-reiche Proteine sowie eine Kombination aus beiden ins Spiel gebracht. Andere Autoren führen den Prozess auf ein spezielles Protein, das Heme Detoxification Protein (HDP), zurück.

Das nach dem Platzen der Wirtserythrozyten in den Blutkreislauf freigesetzte Hämozoin trägt wahrscheinlich auch zu der schweren Zytokin-vermittelten Immunreaktion im Rahmen einer Malaria bei.^[1]

5 Histologie

Hämozoin-Aggregate sind bei den verschiedenen Malariaformen unter Umständen auch lichtmikroskopisch sichtbar und können zur Diagnose einer Malaria herangezogen werden:

• Schüffner'sche Tüpfelung: bei Plasmodium ovale oder Plasmodium vivax
• Maurer'sche Fleckung: bei Plasmodium falciparum

6 Pharmakologie

Da die Hämozoinbildung für das Überleben der Parasiten essentiell ist, eignet sie sich als pharmakologisches Target. Die Wirkung vieler Malariamittel, z.B. Chloroquin und Mefloquin, basiert wahrscheinlich auf der Hemmung der Hämozoinbildung.

7 Diagnostik

Hämozoin lässt sich auch als Biomarker für die Diagnostik der Malaria nutzen. Die Konzentration des Hämozoins im Blut korreliert dabei mit der Krankheitsintensität. Derzeit (2019) befinden sich verschiedene Hämozoin-basierte Testverfahren in Entwicklung, u.a. ein Verfahren, dass auf der Polymerisation von N-Isopropylacrylamid basiert.^[2]

8 Quellen

1. ↑ Arese P, Schwarzer E: Malarial pigment (haemozoin): a very active 'inert' substance. Ann Trop Med Parasitol. 1997 Jul;91(5):501-16.
2. ↑ Omar Rifaie-Graham, Jonas Pollard, Nico Bruns et al.: Hemozoin-catalyzed precipitation polymerization as an assay for malaria diagnosis. Nature Communications 10, Article number: 1369 (2019)