Der Aktivierungsmechanismus von Glycoprotein-Hormonrezeptoren

• Antragstellerin: Dr. Antje Brüser
• Fachliche Zuordnung: Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus ; Biochemie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276121400

Glycoprotein-Hormonrezeptoren (GPHR) bilden eine Unterfamilie innerhalb der Klasse der rhodopsinähnlichen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und besitzen eine große extrazelluläre Domäne. In Wirbeltieren sind die Glycoproteinhormone (GPH) die wesentlichen Regulierer der Achse zwischen Hypophyse und Schilddrüse bzw. den Gonaden. Die Interaktion zwischen dem Hormon (TSH, LH, hCG, FSH) und seinem zugehörigen Rezeptor (TSHR, LHR, FSHR) sichert die Spezifität der GPH-Signalkaskade. Allerdings können Autoantikörper und Mutationen in GPHR endokrine Funktionsstörungen, wie beispielsweise den Morbus Basedow, Hypo- und Hyperthyreosen hervorrufen. Der grundlegende Mechanismus, wie Hormone die GPHR aktivieren können und wie Mutationen und Antikörper dazu führen, dass die Rezeptorfunktion beeinflusst wird, bleibt bis jetzt unklar. In Vorarbeiten zu diesem Antrag konnten wir zeigen, dass eine kurze Peptidsequenz, die Teil des extrazellulären N-Terminus ist, eine agonistische Wirkung an allen GPHR hat. Diese Peptidsequenz ist in allen Rezptororthologen hoch konserviert. Zusätzlich dazu konnten wir zeigen, dass inaktivierende Mutationen innerhalb dieser aktivierenden Sequenz zu einem Funktionsverlust von GPHR führten. Nach Stimulation mit dem GPH zeigte sich keine Rezeptoraktivität im cAMP-Assay, jedoch konnten die GPHR mittels der intakten Peptidsequenz aktiviert werden. Modifizierte Peptide können die GPHR nicht aktivieren und können sogar die GPH-induzierte Rezeptoraktivierung blocken. Anhand dieser Ergebnisse ist es naheliegend, dass GPH und Mutationen in der extrazellulären Domäne strukturelle Veränderungen in der Ektodomäne hervorrufen und daraufhin der intramolekulare Agonist freigelegt wird. Dieser kann dann mit dem Transmembranbereich interagiert und die G-Protein Aktivierung initiieren. Momentan ist der molekulare Mechanismus, der zur Freilegung dieses internen Agonisten führt, nur spekulativ. Das Ziel dieses Antrages ist es, zu klären, wie der interne Agonist exponiert wird und wie dieser dann mit dem Transmembranbereich interagiert und das Signalisieren auslöst. Dazu werden wir Mutagenesestudien zusammen mit Methoden des Homologiemodellings und direkte Strukturanalysemethoden nutzen. Da der Peptidagonist zwischen allen GPHR identisch ist, aber die Rezeptoren sich in ihrer Signaltransduktion unterscheiden, sollen die charakteristischen Differenzen, die innerhalb der GPHR zu unterschiedlichen Signalen führen, untersucht werden. Als translationale Komponente des Antrags werden wir das pharmakologische Potential dieser Agonisten/Blocker untersuchen. Mit der Identifizierung des internen Peptidagonisten kann nun auch die eigentliche Agonistbindungstasche determiniert werden und ein rationales Ligandendesign erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen