Genetische Dissoziation der G-protein- und arrestin-gekoppelten Signalübertragung am µ-Opioid-Rezeptor in vivo
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Opioide sind die stärksten klinisch verwendeten Schmerzmittel, aber ihre langfristige Anwendung führt zur Entwicklung von analgetischer Toleranz und Abhängigkeit. Wir konnten an phosphorylierungs-defizienten Mäusen zeigen, dass die MOP Desensitisierung direkt für die Toleranzentwicklung verantwortlich ist. Interessanterweise bleiben jedoch die Naloxon-induzierten Entzugssymptome erhalten. Was nahe legt, dass die Opioid-Abhängigkeit unabhängig von Opioid-Toleranz entsteht. Das Konzept der sogenannten biased Ligands geht davon aus, dass alle analgetischen Effekte am MOP über G-Protein-induzierten Signalkaskaden vermittelt werden und Nebenwirkungen vor allem über Arrestine. Unser MOP phosphorylierungs-defizientes Mausmodell erlaubte uns, genau dieser Hypothese nachzugehen. Es handelt sich hierbei um ein G-Protein-biased Mausmodell, in dem es nur noch zur Aktivierung der G-Protein-abhängigen nicht aber zur Arrestin-Rekrutierung kommt. Wir konnten jedoch zeigen, dass alle Opioid-typischen Nebenwirkungen in diesen Mäusen erhalten bleiben. Diese Arbeiten stellen das Konzept der Entwicklung von G-Protein-bevorzugende Liganden am MOP als Strategie für Analgetika ohne Nebenwirkungen in Frage. Um die Funktion von GPCR-Kinasen in der Toleranzentwicklung genauer untersuchen zu können, haben wir ein neuartiges GRK2fl/fl//GRK3-/-//MOPcreER+/KI Mausmodell entwickelt. Obwohl dieses Modell grundsätzlich funktionell zu sein scheint, was die Tamoxifen-Gabe nicht ausreichend, um einen kompletten GRK2/3 knockout zu erzeugen. Dieses Problem soll in Folgearbeiten mit Hilfe der Oprm1tm1.1(T2A-eGFP-Cre/T2A-eGFP-Cre) Mauslinie behoben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Multisite phosphorylation is required for sustained interaction with GRKs and arrestins during rapid μ-opioid receptor desensitization. Science Signaling, 11(539).
Miess, Elke; Gondin, Arisbel B.; Yousuf, Arsalan; Steinborn, Ralph; Mösslein, Nadja; Yang, Yunshi; Göldner, Martin; Ruland, Julia G.; Bünemann, Moritz; Krasel, Cornelius; Christie, MacDonald J.; Halls, Michelle L.; Schulz, Stefan & Canals, Meritxell
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Phosphorylation-deficient G-protein-biased μ-opioid receptors improve analgesia and diminish tolerance but worsen opioid side effects. Nature Communications, 10(1).
Kliewer, A.; Schmiedel, F.; Sianati, S.; Bailey, A.; Bateman, J. T.; Levitt, E. S.; Williams, J. T.; Christie, M. J. & Schulz, S.
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Critical Assessment of G Protein-Biased Agonism at the μ-Opioid Receptor. Trends in Pharmacological Sciences, 41(12), 947-959.
Gillis, Alexander; Kliewer, Andrea; Kelly, Eamonn; Henderson, Graeme; Christie, Macdonald J.; Schulz, Stefan & Canals, Meritxell
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Low intrinsic efficacy for G protein activation can explain the improved side effect profiles of new opioid agonists. Science Signaling, 13(625).
Gillis, Alexander; Gondin, Arisbel B.; Kliewer, Andrea; Sanchez, Julie; Lim, Herman D.; Alamein, Claudia; Manandhar, Preeti; Santiago, Marina; Fritzwanker, Sebastian; Schmiedel, Frank; Katte, Timothy A.; Reekie, Tristan; Grimsey, Natasha L.; Kassiou, Michael; Kellam, Barrie; Krasel, Cornelius; Halls, Michelle L.; Connor, Mark; Lane, J. Robert; ... & Canals, Meritxell
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Morphine‐induced respiratory depression is independent of β‐arrestin2 signalling. British Journal of Pharmacology, 177(13), 2923-2931.
Kliewer, Andrea; Gillis, Alexander; Hill, Rob; Schmiedel, Frank; Bailey, Chris; Kelly, Eamonn; Henderson, Graeme; Christie, Macdonald J. & Schulz, Stefan
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SR-17018 Stimulates Atypical µ-Opioid Receptor Phosphorylation and Dephosphorylation. Molecules, 26(15), 4509.
Fritzwanker, Sebastian; Schulz, Stefan & Kliewer, Andrea
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A bead-based GPCR phosphorylation immunoassay for high-throughput ligand profiling and GRK inhibitor screening. Communications Biology, 5(1).
Kaufmann, Johanna; Blum, Nina Kathleen; Nagel, Falko; Schuler, Anna; Drube, Julia; Degenhart, Carsten; Engel, Julian; Eickhoff, Jan Eicke; Dasgupta, Pooja; Fritzwanker, Sebastian; Guastadisegni, Maria; Schulte, Clemens; Miess-Tanneberg, Elke; Maric, Hans Michael; Spetea, Mariana; Kliewer, Andrea; Baumann, Matthias; Klebl, Bert; Reinscheid, Rainer K.; ... & Schulz, Stefan
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Attenuated G protein signaling and minimal receptor phosphorylation as a biochemical signature of low side-effect opioid analgesics. Scientific Reports, 12(1).
Dasgupta, Pooja; Mann, Anika; Polgar, Willma E.; Reinscheid, Rainer K.; Zaveri, Nurulain T. & Schulz, Stefan
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GPCR kinase knockout cells reveal the impact of individual GRKs on arrestin binding and GPCR regulation. Nature Communications, 13(1).
Drube, J.; Haider, R. S.; Matthees, E. S. F.; Reichel, M.; Zeiner, J.; Fritzwanker, S.; Ziegler, C.; Barz, S.; Klement, L.; Filor, J.; Weitzel, V.; Kliewer, A.; Miess-Tanneberg, E.; Kostenis, E.; Schulz, S. & Hoffmann, C.
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In situ visualization of opioid and cannabinoid drug effects using phosphosite-specific GPCR antibodies. Communications Biology, 6(1).
Fritzwanker, Sebastian; Nagel, Falko; Kliewer, Andrea; Stammer, Viviane & Schulz, Stefan
