Thyronamine (TAM) sind eine neue Molekülklasse, die endokrinologische und metabolische Prozesse miteinander vereinen. Der biologisch aktive Metabolit 3-Iod-L-Thyronamin (3-T1AM) wird durch eine kombinierte Deiodierung und Decarboxylierung von Schilddrüsenhormonen (TH) gebildet. Existierende Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung von 3-T1AM im menschlichen Serum sind immer noch umstritten. Auch die an der Biosynthese vermutlich beteiligte TH-Decarboxylase konnte noch nicht identifiziert werden. Für die Identifizierung und Quantifizierung von TH und TAM Profilen wurde die Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) verwendet. In der bisherigen präanalytischen Aufarbeitung liefern weder Flüssig-Flüssig- noch Festphasenextraktionen reproduzierbare Ergebnisse des 3-T1AM-Gehalts im Serum. Mit der Entwicklung eines spezifischen Extraktionsverfahrens und nachfolgender Detektion mittels LC-MS/MS gelang der gleichzeitige Nachweis der häufigsten TH im humanen Serum. Parallel dazu wurden monoklonale Antikörper gegen 3-T1AM entwickelt, auf deren Basis ein quantitativer 3-T1AM Chemilumineszenz-Immunoassay entstand. Ergebnisse aus klinischen Kollektiven zeigen, dass 3-T1AM im Serum im nM Konzentrationsbereich vorkommt und dass 3-T1AM bei Patienten außerhalb der Schilddrüse produziert wird. Viele Forscher gehen davon aus, dass die aromatische L-Aminosäure Decarboxylase (AADC) die Synthese von TAM über Decarboxylierung von TH katalysiert. Diese Hypothese wurde durch Inkubation von rekombinanter humaner AADC mit TH getestet. In keinem der Experimente konnte AADC die Decarboxylierung von TH katalysieren. Zusammenfassend ist die Bestimmung von 3-T1AM im Serum mittels LC-MS/MS aufgrund der nicht reproduzierbaren präanalytischen Probenaufbereitung problematisch. In dieser Arbeit wird der erste MAb-basierte 3-T1AM assay vorgestellt, der 3-T1AM zuverlässig in humanem Serum quantifiziert. Die AADC ist wahrscheinlich nicht an der Biosynthese von TAM beteiligt. / Thyronamines (TAM) are a new class of molecules linking endocrinology and metabolism. Combined deiodination and decarboxylation of thyroid hormones (TH) generates a biologically active ‘cooling’ metabolite, 3-iodo-L-thyronamine (3-T1AM).. It remains controversial, which methods are able or not to reliably detect 3-T1AM in human serum, and the presumed TH decarboxylase is still elusive. Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used for the simultane-ous identification and quantification of TH and TAM profiles in biological samples. Several preanalytical methods were tested for complete extraction of 3-T1AM in human serum. Thus far, neither liquid-liquid nor solid-phase extraction methods allowed reproducible extraction of 3-T1AM from human serum samples in the preanalytical sample workup. Nevertheless, a rapid and sensitive extraction procedure was developed for detection of the major TH by LC-MS/MS in a single human serum sample. In parallel, monoclonal antibodies (MAb) targeting 3-T1AM were developed and characterized, and a highly specific quantitative 3-T1AM MAb-based chemiluminescence immunoassay was developed. Studies in clinical cohorts provide evidence that 3-T1AM is present in human serum in the nM concentration range and that 3-T1AM is produced extrathyroidally. Many researchers have reasoned that the aromatic L-amino acid decarboxylase (AADC) mediates TAM synthesis via decarboxylation of TH. This hypothesis was tested by incubating recombinant human AADC with several TH. In all tested conditions, AADC failed to catalyze the decarboxylation of TH. These in vitro observations are supported by the finding that 3-T1AM is also present in plasma samples of patients with AADC deficiency. In summary, 3-T1AM detection in serum using LC-MS/MS encounters preanalytical problems. The first MAb-based 3-T1AM CLIA is presented, which reliably quantifies 3-T1AM in human serum. AADC is likely not involved in TAM biosynthesis.

3-Jodthyronamin (3-T1AM) und Thyronamin (T0AM) sind endogene Signalmoleküle, die eine große strukturelle Ähnlichkeit zu Schilddrüsenhormonen aufweisen, allerdings die klassischen Wirkungen des aktiven Schilddrüsenhormons 3,5,3’-Trijodthyronin (T3) antagonisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Thyronamine (TAMs) Substrate von Dejodasen (Dio1, Dio2, Dio3) sind. Die TAMs wurden mit isozymspezifischen Dio-Präparationen inkubiert. Die Dejodierungsprodukte wurden mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und Tandemmassenspektrometrie (LC-MS/MS) analysiert. Mit Präparationen der Dio1 wurden Dejodierungen von 3,3’,5’-Trijodthyronamin, 3’,5’- und 3,3’-Dijodthyronamin am phenolischen Ring sowie Dejodierungen von 3,5,3’-Trijodthyronamin und 3,5-Dijodthyronamin am Tyrosylring beobachtet. Dio2 haltige Präparationen katalysierten ebenfalls Dejodierungen von 3,3’,5’-Trijodthyronamin und 3’,5’-Dijodthyronamin am phenolischen Ring. Mit Dio3 haltigen Präparationen wurden alle TAMs mit jodiertem Tyrosylring dejodiert. In Kompetitionsversuchen inhibierten ausschließlich die TAMs, die als Substrate von Dio Isozymen identifizierten wurden, eine etablierte Dejodierungsreaktion eines bekannten Substrats. Im Gegensatz dazu interferierten TAMs, die in den LC-MS/MS Experimenten als Substrate der Dio Isozyme ausgeschlossen wurden, nicht mit der genannten etablierten Dejodierungsreaktion. Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass TAMs Substrate aller drei Dio Isozyme sind und jedes Isozym eine eigene Substratspezifität aufweist. Diese Befunde weisen darauf hin, dass Dio Isozyme an der Biosynthese von TAMs beteiligt sein könnten. Ferner wurden die Biosynthesewege für 3-T1AM und T0AM eingegrenzt. Desweiteren gestatten die Ergebnisse neue Einblicke in die generellen strukturellen Voraussetzungen für Dio Substrate, da TAMs die bisher einzigen endogenen Dio Substrate darstellen, deren Seitenkette am Tyrosylring eine positive Ladung aufweist. / 3-iodothyronamine (3-T1AM) and thyronamine (T0AM) are novel endogenous signaling molecules that exhibit great structural similarity to thyroid hormones but apparently antagonize classical thyroid hormone (T3) actions. The present study investigated whether thyronamines (TAMs) are substrates of three Dio isozymes (Dio1, Dio2 and Dio3). TAMs were incubated with isozyme specific Dio preparations. Deiodination products were analyzed using a newly established method applying liquid chromatography and tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Phenolic ring deiodinations of 3,3’,5’-triiodothyronamine, 3’,5’- and 3,3’-diiodothyronamine as well as tyrosyl ring deiodinations of 3,5,3’-triiodothyronamine and 3,5-diiodothyronamine were observed with preparations containing Dio1. Preparations of Dio2 also deiodinated 3,3’,5’-triiodothyronamine and 3’,5’-diiodothyronamine at the phenolic rings. All TAMs with tyrosyl ring iodine atoms were deiodinated by Dio3 containing preparations. In functional competition assays, the newly identified TAM substrates inhibited an established iodothyronine deiodination reaction. By contrast, TAMs which had been excluded as Dio substrates in LC-MS/MS experiments, failed to show any effect in the competition assays, thus verifying the former results. In summary, all three Dio isozymes catalyzed TAM deiodination reactions with each isozyme exhibiting a unique substrate specificity. These data support a role for Dio isozymes in TAM biosynthesis and contribute to confining the biosynthetic pathways of 3-T1AM and T0AM. Furthermore, they provide new insights into the structural requirements for Dio substrates in general since TAMs represent the only endogenous Dio substrates described, so far, which possess a positively charged tyrosyl ring side chain.