Molekulare Charakterisierung der Liganden spezifischen Spannungsabhängigkeit der Opioid-Rezeptoren

G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind einer der wichtigsten Angriffspunkte in der pharmakologischen Therapie. Hierbei stellen die Opioid-Rezeptoren, im speziellen der µ Opioid-Rezeptor, den wichtigsten Angriffspunkt in der Therapie von starken Schmerzen dar. Die schmerzstillende Wirkung der Opioide w...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Kirchhofer, Sina Birgitt
Beteiligte: Bünemann, Moritz (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2021
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind einer der wichtigsten Angriffspunkte in der pharmakologischen Therapie. Hierbei stellen die Opioid-Rezeptoren, im speziellen der µ Opioid-Rezeptor, den wichtigsten Angriffspunkt in der Therapie von starken Schmerzen dar. Die schmerzstillende Wirkung der Opioide wird jedoch von starken Nebenwirkungen, wie das Atemdepression oder Abhängigkeit, beteiligt. Das hohe Risiko für Missbrauch und Überdosis führte in den USA zur Opioid-Krise, die alleine im Jahr 2019 für bis zu 50.000 Tote verantwortlich war. Die Mehrheit der Todesfälle ist hierbei auf synthetische Opioide, wie Fentanyl, zurückzuführen. Zur Schmerztherapie wird eine Vielzahl an Opioiden eingesetzt. Diese unterscheiden sich nicht nur in ihrer chemischen Struktur. Auch ihre Potenz, Effektivität und Kinetik in der Gi/o-Aktivierung ist variabel. Es gibt viele Versuche neue, effektivere und sicherere Opioide zu entwickeln. Jedoch ist es wichtig, basierend auf den genannten Unterschieden zwischen den Opioiden, die unterschiedlichen ausgelösten Effekte der Opioide besser zu verstehen. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Untersuchung der Liganden-Rezeptor-Interaktionen sowie ein besseres Verständnis für die Liganden-spezifische Modulation der Rezeptor-Aktivität bei Spannungsänderungen des Membranpotentials. In dieser Arbeit wurden die Liganden-Rezeptor-Interaktionen mittels molekularen Dockings und Interaktionsmuster verschiedener Gruppen von Opioiden mittels einer Fingerprint-Analyse dieser Liganden-Bindeposen definiert. Diese Interaktionen konnten experimentell mittels Mutations-Studien in FRET-basierten Assays verifiziert werden. Diese Kombination aus in silico und in vitro Untersuchung erlaubte zudem eine detaillierte Charakterisierung der Liganden-spezifischen Spannungsabhängigkeit des MORs. Hierfür wurde einerseits eine Vielzahl an klinisch relevanten Opioid-Agonisten sowie Antagonisten bezüglich ihres Spannungsverhaltens auf verschiedenen Ebenen der GPCR-Signalkaskade mittels FRET-Messungen unter Kontrolle des Membranpotentials sowie Messungen von K+-Strömen charakterisiert. Die untersuchten Liganden konnten hierbei bezüglich ihres spannungsinduzierten Verhaltens in verschiedene Gruppen aufgeteilt werden. Eine Gruppe von Liganden zeigte eine starke Erhöhung der Rezeptor-Aktivität induziert durch Depolarisation. Hierfür konnte gezeigt werden, dass es zu einer Modulation der Effektivität der Rezeptor-Aktivierung kommt. Eine weitere Gruppe an Liganden zeigte eine Depolarisations-induzierte Verminderung der Rezeptor-Aktivität. Es konnten aber auch Liganden gefunden werden, unter denen kein Spannungseffekt detektierbar war. Diese Effekte konnten im weiteren Verlauf dieser Arbeit in Korrelation mit den Interaktionsmuster der Liganden gebracht werden. Diese Korrelationen konnten wiederum durch Mutationsstudien untermauert werden. Hierbei ergaben sich Interaktionsmuster und Motive im Rezeptor, welche die Richtung und Ausprägung des Liganden-spezifischen Spannungseffekts des MORs definieren und Rückschlüsse auf einen potentiellen generellen Spannungsmechanismus für GPCRs zulassen. Des Weiteren wurde die Spannungsabhängigkeit der anderen Opioid-Rezeptoren charakterisiert. Auch hier ließ sich eine Liganden-spezifische Spannungsabhängigkeit für den DOR und KOR definieren. Für den Nozizeptin-Rezeptor konnte eine ausgeprägte Spannungsabhängigkeit nachgewiesen werden. Um weitere Untersuchungen der Opioid-Rezeptor-Familie zu ermöglichen, wurden zudem in dieser Arbeit FRET-basierte Rezeptor-Konformations-Sensoren für den MOR, KOR und NOP generiert und charakterisiert. Diese neu etablierten Sensoren eigneten sich für Messungen in Hochdurchsatz-Assays und geben somit eine neue, unkomplizierte Möglichkeit zur Charakterisierung der bereits in der Klinik eingesetzten Opioide sowie zur Testung neu entwickelter Opioide.
Umfang:191 Seiten
DOI:10.17192/z2022.0089