Signaltransduktionsmechanismen von G-Protein-gekoppelten Rezeptorkinasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind die häufigste pharmakologische Zielstruktur. Sie vermitteln eine Vielzahl unterschiedlicher physiologischer Funktionen. Sie vermitteln Signale von Neurotransmittern, sind aber auch in Prozesse wie Zellproliferation, Zellmigration und Differenzierung involviert, die zunächst primär allein den Mitogen-aktivierten Protein (MAP)-Kinasekaskaden zugeordnet waren. Seitdem man auf eine mögliche Involvierung der GPCRs in Zellproliferation aufmerksam geworden ist, versucht man, die Verknüpfungen der GPCR- Signalkaskaden mit mitogenen Proteinkaskaden aufzuklären. Im vorliegenden Projekt haben wir zwei physiologisch wichtige Verknüpfungspunkte zwischen diesen beiden Signalkaskaden untersucht: 1) Ein bisher unentdeckter Verknüpfungspunkt der MAP-Kinase ERK1/2 (Extrazellulär regulierte Kinase 1/2) mit G -Untereinheiten der G-Proteine hat eine Autophosphorylierung von ERK1/2 an Threonin 188 zur Folge, die eine Stimulation kardialer Hypertrophie bewirkt. Für diese Phosphorylierung sind gleichzeitig zwei Stimuli notwendig: a) ein G -Stimulus, insbesondere über die Aktivierung von Gq-gekoppelten G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR), und b) die kanonische ERK1/2-Phosphorylierung am TEY-Motiv über die Raf/MEK-Kaskade. Folge dieser Stimulation ist eine ERK1/2-Dimerisierung und Bindung von G -Untereinheiten an ERK1/2. Diese Komplexbildung führt zur intermolekularen Autophosphorylierung von ERK1/2 an Thr188. Diese G -vermittelte Thr188-Phosphorylierung wurde in Herzmuskelgewebe von Patienten mit Herzinsuffizienz nachgewiesen, in hypertrophierten Mausherzen sowie in isolierten Kardiomyozyten. 2) Das Raf-Kinase-Inhibitorprotein (RKIP) ist ein Schalter zwischen dem mitogenen Raf/MEK/ERK- Signalweg und den GPCR-vermittelten Signalwegen. Die Rezeptor-abhängige PKC-Aktivierung hebt die Raf1-Inhibition durch RKIP auf und setzt RKIP frei, um als Inhibitor der G-Proteingekoppelten Rezeptorkinase 2 (GRK2), GPCR-Signale zu verstärken. Wir haben im Rahmen dieses Projektes die physiologischen Auswirkungen einer RKIP-Überexpression im Herzen untersucht. RKIP steigert die kardiale Pumpfunktion (Kontraktilität, Relaxation) und schützen den Herzmuskel unter Stressbedingungen vor pathologischen remodeling-Prozessen (Fibrose, Apoptose). Dabei scheint die gesteigerte kardiale Kontraktilität der RKIP-Mäuse über erhöhte 1-adrenerge Rezeptorsignale vermittelt zu sein. Zusammenfassend wirken mitogene Kinasen und G-Protein-vermittelte Signalkaskaden im Herzen eng zusammen. Der detaillierte mechanistische Einblick in die Verknüpfungspunkte zwischen diesen Signalwegen deckt neue Pathomechanismen und – daraus abgeleitet – potentielle therapeutische Prinzipien auf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2005). Beta-arrestin binding to the beta2-adrenergic receptor requires both receptor phosphorylation and receptor activation. J. Biol. Chem.280:9528-35
Krasel C, Bünemann M, Lorenz K, Lohse MJ
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(2008) Conformational cross-talk between alpha2A-adrenergic and mu-opioid receptors controls cell signaling. Nat Chem Biol. 4, 126-131
Vilardaga JP, Nikolaev VO, Lorenz K, Ferrandon S, Zhuang Z, Lohse MJ
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(2008) Dual role of the alpha2-adrenergic receptor C-terminus for the binding of beta-arrestin and receptor internalization. J Biol Chem. 283, 31840-31848
Krasel C, Zabel U, Lorenz K, Reiner S, Al-Sabah S, Lohse MJ
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(2009) A new type of ERK1/2-autophosphorylation causes cardiac hypertrophy. Nat Med. 15, 75-83
Lorenz K, Schmitt JP, Schmitteckert EM, Lohse MJ
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(2009) Beta-arrestin-2 interaction and internalization of the human P2Y1-receptor are dependent on C-terminal phosphorylation sites. Mol Pharmacol. 76(6):1162-71
Reiner S, Ziegler N, Leon C, Lorenz K, von Hayn K, Gachet C, Lohse MJ, Hoffmann C
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(2009) Cardiac hypertrophy: targeting Raf/MEK/ERK1/2-signaling. Int J Biochem Cell Biol. 41:2351-2355
Lorenz K, Schmitt JP, Vidal M, Lohse MJ
