Genetische Dissoziation der G-protein- und arrestin-gekoppelten Signalübertragung am µ-Opioid-Rezeptor in vivo

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schulz
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387108717

Für viele G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) existieren Hinweise darauf, dass intrazelluläre Signale sowohl über G-Proteine als auch über Arrestine vermittelt werden können. Die Entdeckung von Liganden, die bevorzugt den ein oder den anderen Signalweg stimulieren können, führte zum Konzept funktionell-selektiver oder blaset Liganden. Für die meisten GPCRs ist dabei noch ungeklärt, welche physiologischen Antworten über die Interaktion mit G-Proteinen und welche in vivo Effekte durch Interaktion mit Arrestinen vermittelt werden. Dennoch gibt es derzeit ein zunehmendes Interesse an der Entwicklung funktionell-selektiver GPCR Liganden verbunden mit der Hoffnung, wirksamere Medikamente mit reduzierten Nebenwirkungen entwickeln zu können. Eine maßgeblich-treibende Kraft für diese Anstrengungen waren frühe Untersuchungen an Arrestin2 knockout Mäusen, welche verstärke und verlängerte analgetische Effekte nach Morphinapplikation bei gleichzeitig reduzierten Nebenwirkungen wie Atemdepression und Obstipation zeigten. Diese Ergebnisse führten zu der Hypothese, dass die Opioidanalgesie ausschließlich über G-Proteine vermittelt wird, während Atemdepression und Obstipation vorwiegend über arrestin-abhängige Signalwege vermittelt werden sollen. Es bleiben jedoch viele offene Fragen. Zum einen sind die arrestin-abhängigen Signalwege des µ-Opioid-Rezeptors, welche Atemdepression und Obstipation in vivo vermitteln sollen, weitgehend ungeklärt. Zum anderen hat die gezielte Entwicklung von G-Protein-biased mu-Liganden wie z.B. TRV130 und PZM21 überraschenderweise zu Substanzen mit sehr verschiedenen pharmakologischen Profilen geführt und bislang noch keine Analgetika mit reduzierten Nebenwirkungen am Menschen hervorgebracht. Wir schlagen deshalb im vorliegenden Antrag einen genetischen Ansatz vor, um die oben genannte Hypothese zu prüfen. In früheren Untersuchungen konnte in vivo nur die Deletion von Arrestin1 oder Arrestin2 getestet werden, da der globale Knockout beider Arrestine embryonal letal ist. Dieses Problem haben wir nun mit der Erzeugung einer MOR-CreER Maus gelöst. Mit Hilfe dieses Modells ist es nun möglich, mu-Opioid-Rezeptor-vermittelte Effekte unter arrestin-freien Bedingungen zu untersuchen. Umgekehrt ist es nun ebenfalls möglich, in allen mu-Opioid-Rezeptor Zellen zu einem definierten Zeitpunkt Pertussistoxin zu induzieren, um gezielt die Gi-vermittelte Signalübertragung zu unterbinden. Diese neuen Mausmodelle werden erstmals eine detaillierte Analyse von G-protein- und arrestin-abhängigen µ-Opioid-Rezeptorwirkungen in vivo erlauben und damit einen wissenschaftlichen Rahmen für die erzielbaren therapeutischen Effekte von funktionell-selektiven Liganden bereitstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen