Neue Mutanten des humanen beta1-adrenergen Rezeptors zeigen für die Rezeptoraktivierung relevante Aminosäuren

NOVEL MUTANTS OF THE HUMAN BETA1-ADRENERGIC RECEPTOR REVEAL AMINO ACIDS RELEVANT FOR RECEPTOR ACTIVATION

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-19074
  • Eine durch Aktivierung eines G-Protein gekoppelten Rezeptors induzierte Konfirmationsänderung resultiert in einer Signaltransduktion durch das G-Protein zu einem Effektorenzym wie der Adenylylcyclase. In dieser Arbeit konnten Aminosäuren in dem zur G-Protein gekoppelten Rezeptorfamilie zugehörigen beta1-adrenergen Rezeptor identifiziert werden, welche für dessen Aktivierung von Bedeutung sind. Der Analyse von beta1-adrenergen Rezeptormutanten lag die Erkenntnis zu Grunde, dass therapeutisch genutzte Liganden wie Terbutalin, oder dasEine durch Aktivierung eines G-Protein gekoppelten Rezeptors induzierte Konfirmationsänderung resultiert in einer Signaltransduktion durch das G-Protein zu einem Effektorenzym wie der Adenylylcyclase. In dieser Arbeit konnten Aminosäuren in dem zur G-Protein gekoppelten Rezeptorfamilie zugehörigen beta1-adrenergen Rezeptor identifiziert werden, welche für dessen Aktivierung von Bedeutung sind. Der Analyse von beta1-adrenergen Rezeptormutanten lag die Erkenntnis zu Grunde, dass therapeutisch genutzte Liganden wie Terbutalin, oder das experimentell eingesetzte Broxaterol Agonisten am beta2- und beta3-adrenergen Rezeptor, jedoch Antagonisten am beta1-adrenergen Rezeptor sind. Dieses Verhalten wurde zum Anlass genommen spezifische Aminosäuren zu identifizieren, welche eine bedeutende Funktion in der Aktivierung von beta -Rezeptorsubtypen haben könnten. Nach einem Aminosäurevergleich innerhalb der Familie der beta-adrenergen Rezeptoren konnten Aminosäurepositionen identifiziert werden, die identisch im beta2- bzw. beta3-Rezeptor sind und sich von denen des beta1- Rezeptors unterscheiden und damit das Aktivierungsprofil von Broxaterol und Terbutalin widerspiegeln. Mit zielgerichteten Punktmutationen wurden nun insbesondere im Bereich der Transmembranregionen solche Aminosäuren im beta1-adrenergen Rezeptor durch die entsprechende des beta2- (beta3-) Rezeptors ersetzt. Obwohl keine der getesteten Mutanten Unterschiede im pharmakologischen Bindungsprofil zeigten, konnten vier Mutanten gefunden werden, welche partiell oder vollständig durch Broxaterol oder Terbutalin aktiviert wurden. Die beiden Mutanten I185L sowie D212N konnten mit Broxaterol und Terbutalin aktiviert werden, zwei Liganden, die Antagonisten am beta1- Wildtyprezeptor sind. Außerdem konnten zwei weitere Mutanten, V120L und K253R, durch Terbutalin aktiviert werden. Betrachtet man die Struktur von Terbutalin, so ist dieser Ligand den endogenen Katecholaminen ähnlicher als Broxaterol. Ein Rezeptormodell zeigt, dass die vier relevanten Aminosäuren außerhalb der Ligandenbindungsregion liegen und somit eine direkte Interaktion mit dem Liganden unwahrscheinlich erscheint. Diese These wird durch das im Vergleich zum Wildtyp nicht veränderte Bindungsprofil der beta1-Rezeptormutanten unterstützt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Aminosäuren V120, I185, D212 und K253 in der ligandeninduzierten Konfirmationsänderung des beta1-Rezeptors von Bedeutung sind.show moreshow less
  • Activation of G protein-coupled receptors like the beta1-adrenergic receptor results in conformational changes which ultimately lead to signal propagation through a G protein to an effector like adenylyl cyclase. In this study we identify amino acids which seem to be critical for activation of the human beta1-adrenergic receptor. Activation patterns of mutant receptors were analyzed using two structurally different ligands for beta-adrenergic receptors which both are mixed agonist/antagonists. Broxaterol and terbutaline are agonists at beta2-Activation of G protein-coupled receptors like the beta1-adrenergic receptor results in conformational changes which ultimately lead to signal propagation through a G protein to an effector like adenylyl cyclase. In this study we identify amino acids which seem to be critical for activation of the human beta1-adrenergic receptor. Activation patterns of mutant receptors were analyzed using two structurally different ligands for beta-adrenergic receptors which both are mixed agonist/antagonists. Broxaterol and terbutaline are agonists at beta2- and beta3-receptors, however, they act as antagonists at the beta1-subtype. We reasoned that this functional selectivity may be reflected by a corresponding sequence pattern in the receptor subtypes. Therefore, we exchanged single amino acids of the beta1-adrenergic receptor for residues that were identical in the beta2- and beta3- subtypes but different in the beta1-receptor. Pharmacological characterization of such receptor mutants revealed that binding of a panel of agonists and antagonists including broxaterol and terbutaline was unaltered. However, two of the mutants (I185V and D212N) were activated by broxaterol and terbutaline which acted as antagonists at the wilde-type receptor. Two additional mutants (V120L and K253R) could be activated by terbutaline alone which is structurally more closely related to endogenous catecholamines like epinephrine than to broxaterol. A model of the human beta1-adrenergic receptor showed that the four gain-of-function mutations are outside of the putative ligand-binding domain substantiating the lack of an effect of the mutations on binding characteristics. These results support the notion that V120, I185, D212 and K253 are critically involved in conformational changes occuring during receptor activation.show moreshow less

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Metadaten
Author: Björn Behr
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-19074
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Date of final exam:2006/08/09
Language:German
Year of Completion:2006
Source:Journal of Biological Chemistry
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Adrenerger Rezeptor; Aktivierung; Mutation
Activation; Adrenergic Receptor; Mutation
Release Date:2006/08/23
Advisor:Prof. Dr. rer. nat. Karl-Norbert Klotz