Genetic dissection of arrestin-mediated µ-opioid receptor signaling in vivo
Final Report Abstract
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.
Publications
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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
