Die terminale erythroide Differenzierung ist mit einem Abbau von mehr als 90 % der ribosomalen RNA verknüpft. Die Pyrimidin 5´-Nukleotidase (P5N-I) ist ein Schlüsselenzym für den Abbau von dabei entstehenden Pyrimidinnukleosidmonophosphaten. In Humanerythrozyten führt ein Enzymmangel zu einer hämolytischen Anämie, die durch gehemmten Abbau von Ribosomen und erhöhte Konzentrationen von Pyrimidinnukleotiden gekennzeichnet ist. Obwohl seit langem bekannt ist, dass die Enzymaktivität in differenzierenden Erythrozyten erhöht ist, lagen bislang noch keine Daten zur Regulation der Enzymaktivität vor. Während der Ontogenese des Hühnerembryos kommt es infolge einer zunehmenden Hypoxie zu einer Freisetzung von Noradrenalin und Adenosin, die über den cAMP-Signaltransduktionsweg zu einer Aktivitätssteigerung der Pyrimidin 5´-Nukleotidase in den Erythrozyten führt. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals die Regulation der Pyrimidin 5´-Nukleotidase in embryonalen Hühnererythrozyten untersucht. Dabei wurden folgende Experimente durchgeführt: Die Pyrimidin 5´-Nukleotidase wurde mit proteinchemischen Methoden gereinigt und seine Aminosäurensequenz ermittelt. Nach Screening einer cDNA-Bank embryonaler Hühnererythrozyten wurde die Sequenz seiner mRNA erstellt. Mit der Sequenzinformation wurde die Expression der Pyrimidin 5´-Nukleotidase mRNA während der Ontogenese untersucht, sowie der Einfluss einer Hypoxie in vivo bzw. einer Stimulation mit Noradrenalin oder dem Adenosinrezeptoragonisten CPCA in vitro auf die Expression. Während der Ontogenese zeigt sich infolge der fortschreitenden Hypoxie eine markante vorübergehende Steigerung der Expression der P5N-I mRNA zwischen Tag 13 und Tag 17, die zu einer entsprechenden Steigerung der Enzymaktivität führt. Durch kurzzeitige hypoxische Inkubation lässt sich in definitiven Erythrozyten die Expression der P5N-I mRNA bereits an Tag 11 deutlich steigern. Diese Expressionssteigerung lässt sich auch durch hormonelle Stimulierung definitiver Erythrozyten mit Noradrenalin oder CPCA in vitro induzieren.

A characteristic process of terminal erythroid differentiation is the degradation of ribosomal RNA into mononucleotides. The pyrimidine mononucleotides can be dephosphorylated by pyrimidine 5´-nucleotidase (P5N-I). In humans, a lack of this enzyme causes hemolytic anemia with ribosomal structures and trinucleotides retained in the red blood cells (RBCs). Although it is well known that the P5N-I activity is elevated in differentiating erythrocytes, no data had been available about the regulation of P5N-I activity. However, during chick embryogenesis the enzyme activity is induced via the cAMP signalling pathway by norepinephrine (NE) and adenosine, which are released by the embryo under hypoxic conditions. This study investigated on the regulation of pyrimidine 5´-nucleotidase in embryonic chick erythrocytes:
The enzyme was purified and its amino acid sequence was determined. Screening of an embryonic chick cDNA library identified the mRNA sequence. The sequence information was used to analyse the mRNA expression of P5N-I during ontogenesis, as well as the effects of in vivo hypoxia or a stimulation in vitro with NE or the adenosine receptor agonist CPCA on the P5N-I expression. The proceeding hypoxia during embryogenesis leads to a significant transient induction of P5N-I expression between day 13 and day 17, correlating with an increase in enzymatic activity. Acute hypoxic incubation of chicken eggs at day 11 leads to an increased expression of P5N-I mRNA in the definitive RBCs. This induction can also been observed after stimulation of definitive erythrocytes with norepinephrine or CPCA.