Folatformen

Der Mensch muss Folat mit der Nahrung aufnehmen 1. Zellen nutzen es als Träger einzelner Kohlenstoffatome, die sie für die Bildung von DNA-Basen und der Aminosäure Methionin benötigen 1.

Folsäure ist die synthetische Form, die Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln zugesetzt wird; sie wird erst wirksam, wenn die Dihydrofolatreduktase (DHFR) sie zu Tetrahydrofolat (THF) reduziert hat 21.

Thymidylat und Purine

Sich teilende Zellen verwenden einzelne Kohlenstoffatome für die Bildung der DNA-Base Thymin und der Purinbasen 1.

Die Thymidylatsynthase überträgt das Kohlenstoffatom von 5,10-Methylen-THF auf dUMP; dabei entstehen dTMP und Dihydrofolat (DHF) 1.

ThymidylatzyklusZytosol, Zellkern und Mitochondrien
123Tetrahydrofolat (THF)5,10-Methylen-THFDihydrofolat (DHF)
  1. Tetrahydrofolat (THF)5,10-Methylen-THFSerin-Hydroxymethyltransferase (SHMT1, SHMT2)L-Serin → Glycin, Pyridoxal-5′-Phosphat
  2. 5,10-Methylen-THFDihydrofolat (DHF)Thymidylatsynthase (TYMS)dUMP → dTMPFluorouracilPemetrexedFolat liefert das C-Atom und zwei Elektronen, die es zur Methylgruppe reduzieren
  3. Dihydrofolat (DHF)Tetrahydrofolat (THF)Dihydrofolatreduktase (DHFR)NADPHMethotrexatReduziert auch Folsäure zu DHF, in der menschlichen Leber langsam

Methotrexat blockiert die DHFR und hält dadurch Folat als DHF fest 1.

MTHFR und die Variante 677C>T

Das Enzym MTHFR wandelt einen Teil des Folatpools in Methylfolat um, das Methylgruppen für die Bildung von Methionin liefert 3. Eine häufige Variante des zugehörigen Gens, 677C>T, verringert die Stabilität des Enzyms 3.

Zellextrakte von TT-Homozygoten weisen etwa 30 % der Aktivität von CC-Extrakten auf 3. Etwa 10–15 % der Menschen europäischer Herkunft und der japanischen Bevölkerung sind homozygot für TT 3. Die Variante ist die häufigste genetische Ursache einer leichten Hyperhomocysteinämie 3.

Methioninsynthase und Vitamin B12

Die Methioninsynthase benötigt Vitamin B12 4. Sie überträgt die Methylgruppe von Methylfolat auf Homocystein; dabei wird Methionin regeneriert und Folat freigesetzt 42.

Folatzyklus, MethylzweigZytosol
123Tetrahydrofolat (THF)5,10-Methylen-THF5-Methyl-THF
  1. Tetrahydrofolat (THF)5,10-Methylen-THFSerin-Hydroxymethyltransferase 1 (SHMT1)L-Serin → Glycin, Pyridoxal-5′-PhosphatSHMT2 katalysiert dieselbe Reaktion in den Mitochondrien
  2. 5,10-Methylen-THF5-Methyl-THFMethylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR)NADPH, FADIn vivo irreversibel; von SAM gehemmt; Ala222Val (677C>T) verliert FAD schneller
  3. 5-Methyl-THFTetrahydrofolat (THF)Methioninsynthase (MTR)Homocystein → Methionin, MethylcobalaminDistickstoffmonoxid (Lachgas)Nur hier wird 5-Methyl-THF umgesetzt; bei B12-Mangel gebremst (Methylfolatfalle)

Bei B12-Mangel reichert sich Methylfolat an, weil keine andere Reaktion es verbraucht und die MTHFR-Reaktion nicht in umgekehrter Richtung abläuft 2. Diese Methylfolatfalle führt zu einem funktionellen Folatmangel 25.

S-Adenosylmethionin und Homocystein

Methionin wird in S-Adenosylmethionin umgewandelt, den wichtigsten Methylgruppendonor 6. Nach jeder Übertragung einer Methylgruppe bleibt Homocystein zurück, das entweder in Methionin zurückverwandelt oder zu Cystein abgebaut wird 6.

Reduktion der Folsäure und C1-Zyklus des FolatsZytosol von Hepatozyten und sich teilenden Zellen
  1. Folsäure
  2. Dihydrofolatreduktase (DHFR)NADPHMethotrexatIn menschlicher Leber langsam, variabel; reduzierte Nahrungsfolate umgehen sie
  3. 7,8-Dihydrofolat
  4. Dihydrofolatreduktase (DHFR)NADPHMethotrexatReduziert auch das von der Thymidylatsynthase (TYMS) freigesetzte Dihydrofolat
  5. Tetrahydrofolat
  6. Serin-Hydroxymethyltransferase (SHMT1 zytosolisch, SHMT2 mitochondrial)Serin zu Glycin, Pyridoxal-5′-PhosphatVerzweigung: TYMS überträgt dieses C-Atom auf dUMP und bildet dTMP für die DNA
  7. 5,10-Methylentetrahydrofolat
  8. Methylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR)NADPH, FADIn vivo irreversibel; von SAM gehemmt; die Variante 677C>T senkt die Aktivität
  9. 5-Methyltetrahydrofolat
  10. Methioninsynthase (MTR)Methylcobalamin, Homocystein zu MethioninB12-Mangel verlangsamt diesen Schritt und hält Folat als 5-Methyl-THF fest
  11. Tetrahydrofolat

In 15 randomisierten Studien mit 71.422 Teilnehmenden, die 1 bis 7,3 Jahre lang nachbeobachtet wurden, beugte die Senkung des Homocysteins mit den Vitaminen B6, B9 oder B12 Myokardinfarkten nicht vor 7. Ein Myokardinfarkt trat bei 7,1 % der Behandelten und bei 6,0 % der Teilnehmenden unter Placebo auf (relatives Risiko 1,02; 95-%-KI 0,95 bis 1,10) 7. Ein Schlaganfall trat bei 4,3 % beziehungsweise 5,1 % auf (0,90; 0,82 bis 0,99); die nicht adjustierte absolute Differenz betrug 0,8 Prozentpunkte, die Number needed to treat etwa 125 7.

Megaloblastäre Anämie

Fehlt Folat oder Vitamin B12, kann das Knochenmark die DNA nicht richtig herstellen; im Blut finden sich dann zu wenige rote Blutkörperchen, die zudem größer als normal sind 12.

Ist wenig 5,10-Methylen-THF vorhanden, verlangsamt sich die Thymidylatsynthese, und die DNA-Polymerase baut Uracil in die DNA ein 5. Bei Erwachsenen mit Folatmangel (n = 8) enthielt die DNA der Blutzellen achtmal so viele Uracilbasen wie bei Kontrollpersonen (n = 14) 5. Ein B12-Mangel kann zudem durch Demyelinisierung eine Myeloneuropathie verursachen, die bei Folatmangel fast nie auftritt 2.