Modulation der Signaltransduktion des muskarinischen M1-Rezeptors mittels orthosterischer und dualsterischer Liganden

Abstract

Muskarinische Acetylcholin Rezeptoren (mAChRs) gehören zur Superfamilie der G Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Der Subtyp 1 der mAChRs (M1-mAChR) koppelt bevorzugt an G Proteine der Gq-Familie, kann jedoch promiskuitiv auch G Proteine anderer Familien aktivieren. Dualsterische Hybridliganden bieten aufgrund der Bindung an weniger konservierte, allosterische Bindungsareale im Gegensatz zu orthosterisch-bindenden Liganden das Potential sowohl Subtyp- als auch Signalweg-selektiv zu sein. In der hier vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss der allosterischen Bindungsstelle auf die Rezeptor-Aktivierung des M1-mAChRs herausgearbeitet werden. In den Versuchen wurden CHO-Zellen mit dem endogenen Liganden Acetylcholin, dem Vollagonisten Iperoxo bzw. mit dualsterischen Hybriden beprobt. Die dualsterischen Hybride bestehen aus Iperoxo, als orthosterischem Agonisten und Phthalimid beziehungsweise Naphthalimid als allosterischem Rest. Die beiden Reste sind durch Alkyl-Ketten unterschiedlicher Länge oder durch Diamid-Linker miteinander verbunden. Die Bindung des allosterischen Restes sollte die Rezeptor-Flexibilität, die für eine volle Rezeptor-Aktivierung notwendig ist, einschränken. Das Ziel dieser Studie war es, durch die verschiedenen allosterischen Reste und die unterschiedlichen Linker-Ketten, die Signalwegs-Aktivierung des M1-Rezeptors zu kontrollieren, um sowohl eine Subtyp- als auch eine Signalweg-Selektivität zu generieren. Die Aktivierung von Gq und Gs Proteinen wurde anhand der Messung der sekundären Botenstoffe IP1 bzw. cAMP überprüft. Eine Gi Protein-Aktivierung wurde mithilfe von [35S]GTPγS-Bindungsversuchen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass alle dualsterischen Hybride im Vergleich zur Muttersubstanz Iperoxo eine geringere Affinität zum M1 Rezeptor aufweisen. Die intrinsische Aktivität der Hybride nimmt mit steigender Kettenlänge zu und mit steigendem Volumen des allosterischen Substituenten ab. Der Gi-Signalweg ist am sensitivsten gegenüber einer Einschränkung der allosterischen Flexibilität, der präferierte Gq-Signalweg zeigt die geringste Sensitivität gegenüber dieser Einschränkung. Die resultierenden Ergebnisse zeigen, dass die Rezeptor-Aktivierung des M1 Rezeptors mithilfe von dualsterischen Hybriden kontrolliert werden kann und sowohl eine Subtyp- als auch eine Signalweg-Selektivität induziert werden kann.