Muskarinische M3-Rezeptoren

Abstract

Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (M1-M5) sind G-Protein gekoppelte Rezeptoren, die an einer Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt sind. M1-, M3- und M5-Rezeptoren koppeln vorwiegend an Gq-Proteine, während M2- und M4-Rezeptoren vor allem an Gi-Proteine koppeln. Die fünf Subtypen entfalten Ihre Wirkung nach der Bindung des endogenen Agonisten Acetylcholin in der Tiefe der sieben transmembranären Helices- einer über alle fünf Subtypen hochkonservierten Bindungsstelle. Daher ist die Suche nach subtypselektiven Wirkstoffen, die nebenwirkungsärmere Therapien ermöglichen, erschwert. Jedoch ist die im Bereich der extrazellulären Schleifen gelegene allosterische Bindungsdomäne weniger konserviert und somit vielversprechend für die Suche nach subtypselektiven Wirkstoffen.<br /> Die muskarinischen Agonisten Iper-6-phthal und Iper-6-naph wiesen in vorangehenden Untersuchungen am M2-Rezeptorsubtyp einen dualsterischen Bindungsmodus auf: mit dem orthosterischen Fragment Iperoxo besetzen sie die orthosterische Bindungstasche und vermitteln so eine Aktivierung des Rezeptors, während die Besetzung der allosterischen Domäne durch das über eine Alkankette angebundenen allosterische Fragment die Fähigkeit des Rezeptors, Gs-Proteine zu koppeln, einschränkt. Dies wurde zurückgeführt auf die Verminderung der Flexibilität des Rezeptorproteins durch die Besetzung des allosterischen Bereichs. Der Beitrag der allosterischen Bindungsdomäne zur Aktivierung des M2-Rezeptors wurde durch die Beobachtung untermauert, dass die Mutation des allosterischen Epitops Trp 7.35 zur kleinen Aminosäure Alanin zu einer Verbesserung der intrinsischen Aktivität führt.<br /> Ob die Rolle des allosterischen Bereichs für die Rezeptoraktivierung über M-Rezeptor-Subtypen unterschiedlicher Kopplungsprävalenz konserviert ist, sollten Untersuchungen am M3-Rezeptor zeigen. Durch Iper-6-phthal und Iper-6-naph kam es im Gegensatz zum M2-Rezeptor nicht zu einer Einschränkung der Kopplungskompetenz im Vergleich zur orthosterischen Muttersubstanz Iperoxo. Daher war trotz der Besetzung des allosterischen Bereichs durch die dualsterischen Liganden das M3-Rezeptorprotein in der Lage, in unverändertem Ausmaß Gq- sowie Gs-Proteine zu koppeln. Das im dualsterischen Bindungsmodus dem orthosterischen Bereich zuzuordnende Trp 7.35 stellte sich somit hinsichtlich der Ligandbindung und Rezeptoraktivierung, anders als am M2-Rezeptor, als hilfreiches Epitop in muskarinischen M3-Rezeptoren heraus.<br /> Die in Bezug auf den Beitrag des allosterischen Bereichs zur Rezeptoraktivierung gefundenen Unterschiede zwischen M2- und M3-Rezeptoren führten zu der Schlussfolgerung, dass es für die Entwicklung von Muskarinrezeptor-Modulatoren mit einem gezielt verändertem Muster der Signalwegsaktivierung Rezeptorsubtyp-spezifischer molekularer Strategien bedarf.