Kontext-abhängige Signalwegsaktivierung des muskarinischen M₂-Rezeptors

Abstract

Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (M<strong>₁</strong>-M<strong>₅</strong>) werden in vielen Organen und Geweben des menschlichen Körpers exprimiert und sind an der Regulation einer Vielzahl physiologischer Funktionen beteiligt. Der muskarinische M<strong>₂</strong>-Rezeptor zählt zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR<strong>_S</strong>), welche vornehmlich inhibitorische G-Proteine (G<strong>_i/o</strong>) aktivieren. Seine Charakterisierung hinsichtlich Ligandbindung und Signalwegsaktivierung wird durch die Tatsache erschwert, dass in Organen und Geweben verschiedene muskarinische Rezeptorsubtypen häufig nebeneinander exprimiert werden. Rekombinante Expressionssysteme bieten dagegen die Möglichkeit einzelne Rezeptorsubtypen genauer zu untersuchen. Hierzu dienten in dieser Arbeit Ovarialzellen des chinesischen Hamsters, welche stabil mit dem humanen M<strong>₂</strong>-Rezeptor transfiziert sind (CHO-hM<strong>₂</strong>). Da dieses Expressionssystem jedoch in der Kritik steht, keine große physiologische Relevanz zu besitzen, wurden ebenfalls Zellen untersucht, welche den M<strong>₂</strong>-Rezeptor endogen exprimieren. Zu diesem Zweck wurden humane Lungenfibroblasten als natives Expressionssystem und isolierte murine Herzmuskelzellen als primäres Expressionssystem verwendet. Radioligand-Bindungsexperimente, mit denen die Untersuchung der Rezeptorkinetiken sowie der Bindungseigenschaften orthosterischer und allosterischer Liganden erfolgte, bestätigten die dominante Expression des muskarinischen M<strong>₂</strong>-Rezeptors in diesen Zellen.<br /> M2-Rezeptoren besitzen neben der Aktivierung inhibitorischer G-Proteine die Fähigkeit zur Stimulation weiterer G-Proteine. Diese promiskuitive G-Proteinaktivierung ist bisher jedoch nur in rekombinanten Expressionssystemen eindeutig beschrieben und wird der Überexpression muskarinischer Rezeptoren zugeschrieben. Zur Klärung der physiologischen Relevanz promiskuitiver G-Proteinaktivierung erfolgten Untersuchungen mit humanen Lungenfibroblasten sowie mit murinen embryonalen Kardiomyozyten. In beiden Zellsystemen konnte jedoch allein die Aktivierung inhibitorischer G-Proteine eindeutig nachgewiesen werden. Daher kann die Hypothese nicht verworfen werden, dass sich die M<strong>₂</strong>-vermittelte promiskuitive G-Proteinaktivierung auf artifizielle Expressionssysteme beschränkt.<br /> Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit stellte die Kontext-abhängige Untersuchung der Rezeptoraktivierung dualsterischer Hybridliganden dar, welche aus einem orthosterischen Agonistbaustein und einem M<strong>₂</strong>-subtypselektiven allosterischen Modulator bestehen. Die beiden untersuchten Agonisten Iper-6-phth und Iper-8-phth unterschieden sich einzig hinsichtlich der Länge ihrer Kohlenwasserstoffkette, welche beide Bausteine miteinander verbindet. Die Länge dieser Zwischenkette wirkte sich sowohl auf die Wirksamkeit wie auch auf die intrinsische Aktivität der Liganden aus, was im rekombinanten, im nativen und im primären Expressionssystem des M<strong>₂</strong>-Rezeptors gezeigt werden konnte.