Podcasts about g proteine

Die Ruhe hat ein Ende! - Letzte Folge haben wir über statische Spannungen und Ruhepotentiale geredet. Damit ist jetzt Schluss, jetzt kommen wir zur Aktion. In dieser Folge stellen wir euch die wichtigsten Kommunikationswege und Rezeptorarten vor. Was das mit der Familie Wimmer und deren Spülmaschine zu tuen hat... Findet es raus! Alle Angaben ohne Gewähr

Der humane Thyreotropin-Rezeptor (TSH-R) steuert die zentralen Funktionen der Schilddrüse und ist der wichtigste Regulator für deren Wachstum und Differenzierung. Er gehört zur Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und kann nach einer Stimulation mit TSH die G-Proteine aller vier Familien (Gs, Gi/o, Gq/11 und G12/13) aktivieren. Dabei werden die meisten zellulären Reaktionen wie die Proliferation der Schilddrüsenepithelzellen und die Bereitstellung der Schilddrüsenhormone einer Aktivierung von Gs zugeordnet. Zu Gs-unabhängigen Signalwegen des TSH-R war dagegen erst wenig bekannt. Da der Gq/11-vermittelte Signalweg durch die Aktivierung der Phospholipase C und Proteinkinase C in maligne Prozesse von Schilddrüsenzellen involviert sein könnte, sollten in der vorliegenden Arbeit Gq/11-abhängige Effektoren des TSH-R in humanen Schilddrüsenkarzinomzellen identifiziert und näher charakterisiert werden. Als Modellsystem wurden FTC 133 wt TSH-R Zellen verwendet, eine follikuläre Schilddrüsenkarzinom-Zelllinie, die den humanen TSH-R überexprimiert. In diesen wurde die Aktivierung des Calcium/Calcineurin-abhängigen Transkriptionsfaktors NFAT nach TSH-Stimulation erstmalig beschrieben. Bei einer anschließenden Reihenuntersuchung der NFAT-abhängigen Zielgene Autotaxin, VEGF, c-Myc, Regulator von Calcineurin 1 (RCAN1) und Cyclooxygenase-2 (Cox-2) wurden c-Myc, RCAN1 und Cox-2 als TSH-regulierte Gene identifiziert. Die Induktion von c-Myc war unabhängig von NFAT, dagegen bestätigten Expressionsstudien mit Calcineurin-Inhibitoren und dem spezifischen NFAT-Inhibitor INCA-6, dass RCAN1 und Cox-2 durch eine NFAT-Aktivierung induziert wurden. Diese Aktivierung wurde durch Gq/11-Proteine vermittelt, denn nach spezifischer Herunterregulation der Gq- und G11-α-Untereinheiten mittels siRNA konnten die Zielgene nicht mehr TSH-abhängig induziert werden. Weitere Analysen zum Mechanismus der NFAT-Aktivierung zeigten, dass eine Erhöhung der intrazellulären Calciumionenkonzentration ([Ca2+]i) allein über intrazelluläre Speicher nicht ausreichend war. Um NFAT zu aktivieren, mussten zusätzlich Calciumionen aus dem Extrazellulärraum einströmen. Untersuchungen mit dem STIM1-Inhibitor SKF-96365 wiesen dabei auf einen Calciumioneneinstrom über Speicher-operierte Ionenkanäle hin. Zusätzlich zur NFAT-regulierten Genexpression wurde in dieser Arbeit die TSH-induzierte Expression des Metallothioneins MT1X in FTC 133 wt TSH-R Zellen und in primären Thyreozyten analysiert. Die mRNA Induktion dieses Cystein-reichen und zytoprotektiven Proteins war ebenfalls abhängig von einer Expression der Gq/11-Proteine. Eine Erhöhung der [Ca2+]i reichte jedoch nicht aus, um MT1X signifikant zu induzieren. Zur gesteigerten Expression war darüber hinaus auch die Aktivierung der Proteinkinase C notwendig. In der vorliegenden Dissertation konnten somit RCAN1, Cox-2 und MT1X als Gq/11-regulierte Zielgene des humanen TSH-R charakterisiert werden. Dabei wurde eine NFAT-regulierte Genexpression nach einer TSH-Stimulation erstmalig gezeigt. Die präsentierten Ergebnisse weisen damit auf eine bisher unbeachtete biologische Rolle von Gq/11-abhängigen Signalwegen des humanen TSH-R in der Schilddrüse hin.

Die Familie A der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) bildet die größte und vielfältigste aller Transmembranrezeptorfamilien. Ihre Mitglieder spielen eine wesentliche Rolle in fast allen (patho)physiologischen Prozessen. Nach Agonistenbindung aktivieren GPCRs, wie ihr Name andeutet, heterotrimere G-Proteine aber auch G-Protein-unabhängige Signalwege. Die verschiedenen aktiven G-Proteinuntereinheiten (Gα-GTP und βγ) induzieren nach Dissoziation vom Rezeptor entsprechende Signalkaskaden z.B. über Phospholipase A und Cβ. Um eine Fehlregulation zellulärer Prozesse z.B. durch „Überstimulation“ zu verhindern, unterliegen GPCRs strengen Regulationsmechanismen, die ihre Fähigkeit zur Signaltransduktion und ihre Verfügbarkeit an der Zelloberfläche bestimmen. Die Bradykininrezeptoren B1 und B2 (B1R, B2R) gehören zur Familie A der GPCRs, also zu den Rhodopsin-ähnlichen GPCRs, und werden durch die pro-inflammatorischen Peptide desArg9-Bradykinin/desArg10-Kallidin (DABK/DAK) bzw. Bradykinin (BK)/Kallidin aktiviert. Im Gegensatz zum konstitutiv exprimierten B2R, der nach Stimulation schnell desensitisiert und internalisiert wird, erfolgt eine B1R-Expression fast ausschließlich unter pathophysiologischen Bedingungen über Induktion durch Zytokine. Nach Stimulation wird der B1R nicht internalisiert, sondern verbleibt an der Zelloberfläche. Beide Rezeptoren koppeln sowohl an Gαq/11 als auch an Gαi und aktivieren somit weitgehend identische Signalwege [vor allem Phospholipase Cβ (PLCβ) und „mitogen activated protein kinase“ (MAPK)-Kaskaden]. Durch ihre - besonders im Hinblick auf ihre Internalisierungs-eigenschaften - konträre Regulation, stellen die Bradykininrezeptoren ein interessantes Modell zur Untersuchung regulatorischer Mechanismen und deren Einflüsse auf die Signalübertragung von GPCRs dar. Beide Bradykininrezeptoren spielen bei inflammatorischen Prozessen eine Rolle. Sie fördern die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine und rekrutieren Immunzellen. Während entzündlicher Ereignisse kommt es zu erhöhter Zytokinfreisetzung z.B. von Interleukin-1β (IL-1β) und dadurch zur de novo Synthese von B1R. Pro-inflammatorische Zytokine wie IL-1β, die zur B1R-Expression führen, induzieren unter anderem aber auch einen Anstieg der Körpertemperatur (Fieber), eine häufige Begleiterscheinung inflammatorischer Vorgänge. Trotz des bekannten Zusammenhangs zwischen Inflammation und erhöhter Temperatur war über den Einfluss eines Temperaturanstiegs auf Membranrezeptoren und ihre Signalvermittlung auf zellulärer Ebene bisher nur sehr wenig bekannt. In dieser Arbeit wurde - unseres Wissens nach - erstmals auf die Temperatur als regulatorische Komponente für GPCR-vermittelte Signalübertragung eingegangen. Am Beispiel der Bradykininrezeptoren wurde gezeigt, dass die Stärke der Signalübertragung von GPCRs signifikant durch eine Temperaturerhöhung von 37°C auf 41°C beeinflusst werden kann. Hierbei war jedoch zwischen einer Temperaturabhängigkeit des Signalwegs selbst und einer rezeptorspezifischen Temperatursensitivität zu unterscheiden. So wurde die Aktivierung von ERK1/2 unter pathophysiologisch erhöhter Temperatur (41°C; normale Körpertemperatur: 37°C) signifikant gesteigert, unabhängig davon ob sie durch B1 oder B2 Rezeptoren stimuliert wurde. Die gesteigerte Aktivität PLCβ-vermittelter Signalkaskaden bei 41°C konnte hingegen auf eine nur für den B1R spezifische Temperaturabhängigkeit zurückgeführt werden. Diese Beobachtung zusammen mit der Tatsache, dass die B1R-Expression unter pathophysiologischen Bedingungen besonders induziert wird, deutet darauf hin, dass der B1R in Kombination mit Fieber eine verstärkte Wirkung im Organismus haben könnte. Ob diese Heilungs-fördernd oder -abträglich wirkt, müsste noch genauer untersucht werden. Neben dem Einfluss der Temperatur wird die Signalübertragung der GPCRs durch die jeweiligen Rezeptorkonformationen und die sich daraus ergebenden Funktionsunterschiede bestimmt. Die Familie A der GPCRs wird durch einige hoch konservierte Strukturmerkmale wie die E/DRY-Sequenz mit R3.50 in der dritten Transmembrandomäne (TM) oder die NPXXY-Sequenz am Ende der siebten TM charakterisiert. Publizierte Ergebnisse deuten darauf hin, dass bovines Rhodopsin durch eine Salzbrücke zwischen R3.50135 (TM3) und E6.30247 (TM6), auch „ionic lock“ genannt, im inaktiven Zustand gehalten wird. Der B2R ist einer der wenigen Peptid-GPCRs, der ein Glutamat an Position 6.30 (E6.30238) trägt, und eignete sich daher zur Untersuchung der Anwesenheit und Funktion eines möglichen „ionic lock“ auch in „nicht-Rhodopsin“-GPCRs. Für alle bisher entsprechend untersuchten GPCRs ist bekannt, dass R3.50 für eine effiziente G-Protein-Aktivierung unabdingbar ist (selbiges wurde in der vorliegenden Arbeit auch für den B2R bestätigt). Die funktionelle Analyse eines „ionic lock“ anhand einer R3.50 Mutation und G-Protein-abhängiger Kaskaden ist deshalb nicht möglich. Die Rolle eines „ionic lock“ im Hinblick auf G-Protein-unabhängige Mechanismen wie die Rezeptorinternalisierung, einem wichtigen Regulationsschritt für die meisten GPCRs, wurde bisher jedoch noch nicht untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass die Rezeptorendozytose durch Mutation von R3.50128 zu Alanin (R3.50128A), im Gegensatz zur G-Protein-Aktivierung, nicht zum Erliegen kommt. Die mutierten Rezeptorkonstrukte wiesen sogar ein konstitutives Internalisierungsverhalten auf. Dies verwies auf unterschiedliche Funktionen dieser Aminosäure bei der G-Protein-vermittelten Signaltransduktion und bei der Rezeptorinternalisierung. Ein Aufbrechen des möglichen „ionic lock“ durch Mutation von E6.30238 zu Alanin oder Arginin resultierte ebenfalls in konstitutiv internalisierenden Rezeptorkonstrukten. Im Gegensatz zur Endozytose zeigten diese Mutanten zwar keine konstitutive Signalübertragung, wurden aber auch durch prinzipiell als Antagonisten klassifizierte Verbindungen effizient aktiviert. Diese Ergebnisse legen einen mehrstufigen Aktivierungsprozess nahe, dessen Stufen sich durch verschiedene Rezeptorkonformationen mit unterschiedlichen Interaktionsmöglichkeiten für die G-Protein-Rekrutierung/Aktivierung oder mit der Internalisierungsmaschinerie [GPCR-Kinasen (GRKs), Arrestine] auszeichnen. Der wechselseitige Austausch der beiden hoch konservierten Aminosäuren R3.50128 und E6.30238 ermöglichte wahrscheinlich die Bildung eines inversen „ionic lock“, wodurch normales B2R-Verhalten wieder hergestellt wurde. Diese Arbeit zeigt somit erstmals, dass ein Aufbrechen eines möglichen „ionic lock“ in einem Peptidrezeptor unterschiedliche Auswirkungen für die Prozesse der G-Protein-Aktivierung und der Rezeptorendozytose haben kann. Dadurch wird die Annahme bestärkt, dass es bei einem GPCR mehrere aktive Konformationen geben kann, die unterschiedliche Affinitäten gegenüber regulatorischen Proteinen (GRKs, Arrestinen) oder Effektoren (G-Proteinen, Arrestinen) aufweisen und dadurch differenziert zelluläre Signale auslösen können. Die Aufklärung der unterschiedlichen Aktivierungsmechanismen von GPCRs in Kombination mit der Herstellung von Verbindungen z.B. sogenannten „small molecule compounds“, die bestimmte Rezeptorkonformationen mit ihren signalspezifischen Eigenschaften stabilisieren können, wäre möglicherweise für die Entwicklung von Agonisten oder Antagonisten, die nur ganz bestimmte Signalwege modulieren und so eine optimierte therapeutische Anwendung erlauben, hilfreich.

Die vorliegend präsentierten Experimente hatten zum Ziel, die hypothetische Rolle von Gq/11- bzw. G12/13-koppelnden heptahelikalen Transmembrandomänenrezeptoren (7TMR) als Mechanosensoren für die Initiation des myogenen Tonus zu untersuchen. Um festzustellen, welche 7TMR hierfür besonders relevant sind, wurden Leitungsgefäße mit Widerstandsgefäßen in ihren RNA-Leveln für eine Reihe von 7TMR verglichen. Dies geschah auf der Grundlage, dass Leitungsgefäße einen geringeren myogenen Tonus aufweisen als Widerstandsgefäße. Eine aus höheren RNA-Leveln ableitbare größere Anzahl an putativen Sensormolekülen sollte also über eine größere Mechanosensitivität des Gefäßes zu einem höheren Ausmaß an myogener Vasokonstriktion führen. Die RNA-Level wurden mittels quantitativer RT-PCR (qRT-PCR) bestimmt. Die Quantifizierung erfolgte relativ zum geometrischen Mittel dreier Haushaltsgene. Die untersuchten Widerstandsgefäße umfassten kleine Mesenterialarterien, Nierenarterien und Gehirnarterien. Die untersuchten Leitungsgefäße umfassten die A. mesenterica superior, Bauchaorta, A. carotis communis und die Pulmonalarterie. Folgende Rezeptoren stellten sich in der qRT-PCR aufgrund ihres Expressionsprofils als vielversprechende molekulare Sensorproteine in Widerstandsgefäßen heraus: AT1B-Angiotensinrezeptor, ETA-Endothelinrezeptor, V1A-Vasopressinrezeptor, �1A-Adrenozeptor. In einem zweiten Schritt wurde versucht, über pharmakologische Inhibition der vorgenannten Rezeptoren eine Reduktion des myogenen Tonus zu erreichen. Die eingesetzte Methode war die isobare Konstriktionsmessung (Arteriographie) an isolierten kleinen Mesenterialarterien. Die Methode erforderte vor der eigentlichen Applikation der Pharmaka die Registrierung eines myogenen Tonus in Abwesenheit jeglicher Pharmaka. Dann erst wurde der myogene Tonus unter Anwesenheit von Pharmaka ein zweites Mal registriert. Bei der genaueren Analyse des ersten myogenen Tonus fiel dessen bisigmoider Verlauf auf. Möglicherweise liegt dieser charakteristischen Form eine zeitversetzte Aktivierung der an die putativen mechanosensitiven 7TMR koppelnden G-Proteine zugrunde: Zunächst werden wahrscheinlich Gq/11-Proteine aktiviert, dann G12/13-Proteine. Bei der Analyse des Kurvenverlaufs zum zweiten myogenen Tonus zeigte sich unter Kontrollbedingungen, d.h. unter Abwesenheit von Pharmaka, eine Linksverschiebung relativ zum ersten myogenen Tonus. Darüberhinaus änderte sich die Kurvenform von bisigmoid zu monosigmoid. Wahrscheinlich sind auch für diese Charakteristika Eigenheiten der an die putativ mechanosensitiven 7TMR koppelnden G-Proteine verantwortlich: Die im Zuge des ersten myogenen Tonus aktivierten G12/13-Proteine inaktivieren möglicherweise langsamer durch GTP-Hydrolyse als die Gq/11-Proteine. Deshalb könnten zu Beginn des zweiten myogenen Tonus beide G-Protein-Spezies aktiv sein und so die Mechanosensitivität der glatten Muskelzellen drastisch erhöhen, was die Linksverschiebung erklären würde. Die nun konzertiert erfolgende G-Protein-Aktivierung könnte ferner den monosigmoiden Kurvenverlauf erklären. Die Applikation der Pharmaka erfolgte zunächst als Kombination von antagonistischen Substanzen an AT1-, ETA-, V1A- und �1-Rezeptoren. Eingesetzt wurden Candesartan, BQ-123, Relcovaptan und Prazosin. Diese Kombination reduzierte den myogenen Tonus signifikant in seiner Amplitude. Anschließend wurde Prazosin als Monosubstanz getestet. Der Hemmeffekt unterschied sich nicht von der ursprünglichen Viererkombination. Schließlich erfolgte eine Testung der ursprünglichen Kombination unter Auslassung von Prazosin. Auch hier war der hemmende Effekt derselbe. Zur Erklärung dieser Befunde wurde das Konzept der negativen Interferenz herangezogen: Dabei konkurrieren 7TMR um einen limitierten Pool an G-Proteinen. Inverse Agonisten (wie sie die Substanzen Candesartan und Prazosin darstellen) führen zu einer Sequestrierung von G-Proteinen an den jeweiligen Rezeptoren ohne folgende Signaltransduktion. Dabei könnte die Applikation eines inversen Agonisten dieselben Effekte erzielen wie eine kombinierte Applikation. Letztlich konnte durch den hemmenden Effekt von Prazosin für �1-Adrenozeptoren bestätigt werden, dass sie eine mechanosensitive Funktion ausüben. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse des qPCR-Teils handelt es sich wahrscheinlich um �1A-Adrenozeptoren. Deren Mechanosensitivität kann einen Teil der Kontraktion glatter Muskelzellen auf einen steigenden intravasalen Druck vermitteln und damit einen entsprechenden Anteil am myogenen Tonus erklären.

Das Tollwutvirus (Rabies Virus (RV)) ist ein neurotropes Virus aus der Familie der Rhabdoviridae innerhalb der Ordnung Mononegavirales. RV Partikel werden an der Zelloberfläche durch Membran-Budding gebildet. Dabei wird der virale Ribonukleoproteinkomplex (RNP) durch das Matrixprotein (M) in eine Membranhülle verpackt in der Trimere des Transmembran-Glykoproteins (G) selektiv inkorporiert werden. Die G Spikes vermitteln die Bindung der Virionen an zelluläre Rezeptoren und die Fusion der viralen und zellulären Membran. Auch in Abwesenheit des G werden Viren freigesetzt, da der Budding-Prozess hauptsächlich durch das M Protein vermittelt wird. Das G-unabhängige Budding der Rhabdoviren erlaubt den Austausch der Oberflächenproteine (Envelope-Switching), wodurch es zu einem veränderten Tropismus (Re-targeting) der RV kommt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die G Proteine der Lyssaviren Mokola, Bat Hamburg und Lagos Bat, aber auch des RV-Stammes Challenge Virus Strain (CVS) für den spezifischen Neurotropismus dieser Viren verantwortlich sind. Der für die Inkorporation von Fremdproteinen in die Virushülle essentielle Bereich des RV G (tm) wurde verwendet, um chimäre Typ I Transmembranproteine aus dem rot-fluoreszierenden Protein (RFP) und RV G (tm-RFP) zu konstruieren und in die Virushülle G-defizienter und Wildtyp Tollwutviren zu inkorporieren. Fusionsproteine aus tm und zellulärem Prionprotein (tm-PrPC) wurden nicht an die Bereiche der Zellmembran transportiert, an denen Tollwutvirus-Budding stattfindet. Diese Konstrukte könnten daher verwendet werden, um den Ort des RV-Budding näher zu bestimmen, während die Inkorporation fluoreszierender Proteine in die Virushülle die direkte Visualisierung von einzelnen Stadien des Tollwutvirus-Lebenszyklus wie z.B. Virustransport oder Entry in lebenden Zellen ermöglicht. Aufgrund der G-vermittelten transsynaptischen Ausbreitung der Rhabdoviren in neuronalen Netzwerken, wurden die Fluoreszenz-markierten RV Partikel auch als neuronale Marker zur Untersuchung der Physiologie und Morphologie neuronaler Netzwerke verwendet. Der retrograde, axonale Transport der RV zum Zentralen Nervensystem ist eine essentielle Voraussetzung für die letale RV-Erkrankung. Durch die Verwendung von RV Partikeln mit tm-RFP-markierter Virushülle und eGFP-markiertem RNP konnte gezeigt werden, dass zweifarbige, also umhüllte Virionen entlang der neuronalen Ausläufer von in vitro differenzierten und primären Neuronen transportiert wurden, wobei der retrograde Transport in den in vitro differenzierten Neuronen mit einer konstanten Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,1 µm/sek und einer durchschnittlichen Transportlänge von 25 µm erfolgte.

ZUSAMMENFASSUNG In dieser Arbeit wird zum ersten Mal nachgewiesen, dass ein Extrakt aus Hintonia latiflora, der unter dem Namen Sucontral® als Phytoantidiabetikum Anwendung findet, neben seiner Blutzucker-senkenden Wirkung auch einen vasodilatierenden Effekt besitzt und deshalb möglicherweise Diabetes-assozierte Gefäßveränderungen günstig beeinflusst. Diese Gefäß-erweiternde Wirkung wird sowohl in vitro an der isolierten Aorta von Meerschweinchen als auch in vivo am wachen Kaninchen gezeigt. An isolierten Aortenringen können Noradrenalin-induzierte (also G-Protein-vermittelte) Kontraktionen durch den Hintonia-latiflora-Extrakt nahezu vollständig relaxiert werden (Relaxation um ca. 99 % bei einer Konzentration von 60 µg/ml). Die EC50 liegt bei 51,98 µg/ml. Kontraktionen, die dagegen durch Erhöhung der extrazellulären Kalium-Konzentration erzeugt werden, reagieren wesentlich schwächer auf die Zugabe des Extraktes. Selbst bei der hohen Konzentration von 300 µg/ml kommt es nur zu einer geringen Relaxation von ca. 19 %. Die Kalium-induzierte Kontraktion wird in erster Linie durch eine Kalium-induzierte Depolarisation, eine Aktivierung der membranären Calcium-Kanäle und einen daraus resultierenden erhöhten Calcium-Einstrom in die Zelle ausgelöst. Aufgrund dieser Ergebnisse kommt als Wirkungsmechanismus für die Gefäßrelaxation nicht eine Calcium-Kanal-Blockade, sondern primär eine Hemmung des G-Protein-vermittelten intrazellulären Calcium-Anstiegs in Frage. Auch ein Inhaltsstoff des Extraktes, das Neoflavonoid Coutareagenin, das hauptsächlich für die Blutzucker-senkende Wirkung des Extraktes verantwortlich gemacht wird, zeigt die vasodilatierende Wirkung (Relaxation bei Noradrenalin-induzierter Kontraktion um ca. 94 % bei einer Konzentration von 60 µg/ml) im In-vitro-Testsystem. Der vermutete Wirkmechanismus wird durch fluoreszenzmikroskopische Versuche an gezüchteten Aortenzellen der Ratte mit dem Calcium-Indikator Fura-2 bestätigt. In diesen Versuchen wird Vasopressin verwendet, das ebenfalls über G-Proteine auf die Zelle wirkt. Der dadurch ausgelöste Calcium-Transient wird durch Coutareagenin (60 µg/ml) stark reduziert (um ca. 72 %), was für eine Hemmung des G-Protein-vermittelten intrazellulären Calcium-Anstiegs spricht. Auch das Ergebnis, dass Hintonia latiflora keinen wesentlichen negativen Einfluss auf die Kontraktionskraft des isolierten Herzmuskels zeigt, spricht gegen eine Beeinflussung von Spannungs-abhängigen Calcium-Kanälen und stützt die G-Protein-Hypothese. Im In-vivo-Teil der Studie werden Untersuchungen an wachen Kaninchen durchgeführt, wobei eine Hintonia-latiflora-Gruppe und eine Kontroll-Gruppe (n=8) erstellt wird. Nach Bestimmung der Basalwerte erfolgt die einmalige orale Applikation des Hintonia-latiflora-Extraktes bzw. die Gabe der Kontrollsubstanz (Lösungsvermittler Macrogol 300®). Sowohl an der Aorta abdominalis wie auch an der A. carotis communis kann sonographisch eine Zunahme des Gefäßdurchmessers bei gleichzeitiger Abnahme der Blutflussgeschwindigkeit unter dem Einfluss des Extraktes nachgewiesen werden. Zusätzlich kann auch eine signifikante Blutzucker-senkende Wirkung in der Hintonia-latiflora-Gruppe gezeigt werden. Eine einmalige Applikation ruft also am gesunden und wachen Tier sowohl eine Blutzuckersenkung als auch eine tendenzielle Vasodilatation hervor. Diese Ergebnisse sind bemerkenswert, da in bisherigen Studien meist davon ausgegangen wurde, dass die Effekte des Extraktes erst bei länger dauernder wiederholter Anwendung sichtbar werden. Der gezeigte vasodilatierenden Effekt könnte möglicherweise nützlich sein, um Spätschäden des Diabetes mellitus wie Mikro- und Makroangiopathien zu mindern. Aus diesem Grund könnte es sinnvoll sein, den Hintonia-latiflora-Extrakt besonders bei Typ 2 Diabetikern einzusetzen, um Antidiabetika vom Sulfonylharnstoff-Typ einzusparen und gleichzeitig im Hinblick auf Mikro- und Makroangiopathien durch Vasodilatation günstige hämodynamische Bedingungen zu schaffen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal die PKC-vermittelte Inhibition der EGF-induzierten JNK-Aktivität durch GPCRn gezeigt, die durch Transmodulation des EGF Rezeptors verursacht wird. Darüber hinaus wurde anhand einer dominant negativen Mutante der Effekt von PKD auf diesen Prozess nachgewiesen und ihre Rolle in der bereits durch (Bagowski et al., 1999) beschriebenen PDGF-vermittelten JNK-Inhibition verifiziert. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Liganden Endothelin und LPA, die ihre Signale über ver-schiedene G-Proteine vermitteln, in Rat1-Zellen über die Aktivierung von PKD unterschiedliche Signalwege verfolgen. So vermittelt Endothelin, welches PKD über Gq-Proteine aktiviert, ebenso wie PDGF die Inhibition der EGF-induzierten JNK-Aktivierung. Hingegen führt LPA, welches PKD zusätzlich über Gi-Proteine stimuliert, zu einer Verdopplung der EGF-induzierten JNK-Aktivität. Neben der EGF Rezeptortransmodulation wurden in dieser Arbeit Untersuchungen zu seiner Transaktivierung durchgeführt. Hier wurde zum ersten Mal die PKC-abhängige Transaktivierung des EGF Rezeptors durch PDGF gezeigt. Hierbei werden dazu in Rat1-Zellen Phor-bol-ester-abhängige PKCs, in 3T3 L1-Zellen dagegen Phor-bol-ester-unabhängige PCKs benötigt. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit die konstitutive Assoziation von PKD mit dem PDGF Rezeptor nachgewiesen, die sowohl in gesunden Nagetierzellen als auch in humanen Glioblastomzellen stattfindet. Verantwortlich für diese Bindung scheint der Juxtamembranbe-reich des PDGF Rezeptors zu sein, während bei PKD mit hoher Wahrscheinlichkeit der Carbo-xyterminus involviert ist. Auch die aus B-Zellen bereits bekannten Interaktionen von PKD mit PLC und Syk (Sidorenko et al., 1996) wurden untersucht, und die PDGF-induzierte Assoziation von PKD mit PLC in denselben Systemen nachgewiesen, in denen auch die Assoziation von PKD mit dem PDGF Rezeptor gezeigt wurde. Eine Assoziation von PKD mit Syk fand sich dagegen nur in HEK 293-Zellen, die PKD und Syk überexprimierten.

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit verschiedenartigen Aspekten zum Thema Opiatentzug. Dabei wurde die Funktionalität µ-Opioidrezeptor-gekoppelter G-Proteine in der intrazellulären Signaltransduktionskaskade im Entzug und unter chronischer Opiatverabreichung untersucht. Als Ergebnis dieser Studie, die mittels einer in situ [S35]-GTPγSAutoradiographie durchgeführt wurde, konnte die Erkenntnis bestätigt werden, nach der eine Adaption auf extern zugeführte Opioide nicht auf einer Veränderung von Rezeptoren oder deren Interaktion mit G-Proteinen beruht (Kapitel 2). Vielmehr scheinen intrazelluläre, durch Genexpression gesteuerte Mechanismen für eine erfolgreiche Adaption an veränderte Umweltbedingungen ausschlaggebend zu sein. Hierbei spielt eine veränderte Transkription von CREB und somit in Folge eine erhöhte Transkription der Adenylatcyclase eine tragende Rolle. Eine weitere Studie beschäftigte sich mit einem neuartigen Konzept zur Verstärkung von opioidagonistischen Wirkungen durch die Zugabe von Opioidantagonisten in geringer Dosierung (low dose Naloxon-Konzept, Kapitel 3). Hier konnte in verhaltensbiologischen Untersuchungen kein Effekt nachgewiesen werden. Insbesondere konnte nicht nachgewiesen werden, dass die Koverabreichung von low dose Naloxon während der Abhängigkeitsentwicklung Entzugserscheinungen moduliert. Beide Studien beschäftigen sich direkt und indirekt mit der in der Wissenschaft intensiv diskutierten Frage der Existenz von Gs-Proteingekoppelten Opioidrezeptoren, die neben den bereits bekannten Gi/o-Protein-gekoppelten Opioidrezeptoren in der Zellmembran lokalisiert sind. Ein autoradiographischer Nachweis hierzu steht bislang aus. Abhilfe könnte eine weiterentwickelte [S35]-GTPγSAutoradiographie schaffen, in der durch selektive Blockade der Gi/o-Protein-gekoppelten Opioidrezeptoren durch Pertussistoxin ein Nachweis Gs-Protein-gekoppelter Opioidrezeptoren in situ möglich sein müsste. Ein direkter Nachweis dieser Kopplung eröffnet völlig neuartige Perspektiven in der modernen Opioidpharmakologie, da durch selektive Liganden dieser Gs-Protein-gekoppelten Rezeptoren die Opiatwirkung in der klinischen Anwendung verstärkt werden könnte. Möglicherweise findet dieses Wirkprinzip bereits unbeabsichtigt seit Jahren Anwendung: der Opiatagonist Tilidin (Valoron N) kommt bei der Behandlung mittelschwerer bis schwerer Schmerzen zum Einsatz. Als Besonderheit ist diesem Präparat der Opiatantagonist Naloxon im Verhältnis 1:12,5 (Einzeldosis: 4 mg Naloxon/50 mg Tilidin) beigemischt, um eine missbräuchliche Anwendung zu unterbinden. Bei normaler therapeutischer Dosierung unterliegt der Naloxonanteil einem intensivenhepatischen Abbau, so dass Tilidin voll wirksam ist. Bei missbräuchlicher Einnahme hoher Dosen durch Opiatabhängige wird der Naloxonanteil nicht vollständig metabolisiert; Entzugssymptome werden provoziert oder bereits bestehende werden verstärkt. Tilidin selbst wird in der Leber zu Nortilidin und Binortilidin metabolisiert, wobei Nortilidin als der eigentliche Opiatagonist am Rezeptor angesehen wird (Schulz et al. 1978). Möglicherweise passieren aber geringste Spuren von Naloxon bei normalem therapeutischen Einsatz die Leber und könnten folglich im low dose -Bereich wirksam werden. Über die Wirkungsweise low dose Naloxon-vermittelter Verstärkung der analgetischen Wirkung von Opiaten können nur rein hypothetische Ansätze formuliert werden. Neben den bereits diskutierten Gs-Protein gekoppelten Opioidrezeptoren könnte auch ein Einfluss auf die Internalisierung von Opioidrezeptoren möglich sein. Hier steht, neben dem dringend nötigen Nachweis Gs-Protein gekoppelter Opioidrezeptoren, ein völlig neuartiges Forschungsgebiet der Opioidpharmakologie offen. Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit konnte erstmals das Phänomen konditionierter Opiatentzug näher charakterisiert werden (Kapitel 4). Auch wenn es nicht gelang, aus der Vielzahl an Entzugserscheinungen die wichtigsten Kardinalsymptome zu konditionieren, so besteht dennoch kein Zweifel, dass Entzugssymptome ausreichend konditioniert werden können und dass diese konditionierten Symptome mit einer Aktivierung von Stressmechanismen verbunden sind. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass mit der Präsentation des konditionierten Stimulus eine massive neuronale Aktivität im Locus coeruleus ausgelöst wird. Dieses Kerngebiet ist seit Jahren ohne Zweifel für die Ausbildung der meisten körperlichen Entzugssymptome während eines Opiatentzugs verantwortlich (Aghajanian, 1978; Maldonado et al., 1992b). Gerade in den letzten Jahren kommt dem konditionierten Entzug die Aufmerksamkeit zu, die ihm möglicherweise in seiner Bedeutung im Rückfallverhalten zusteht. Neueste Studien (Schulteis et al., 2000) zeigen deutlich, dass konditionierte Entzugserscheinungen mit dem Kerngebiet assoziiert werden, die für die hedonistische Beurteilung eines Ereignisses ausschlaggebend sind. Obwohl in frühen Studien durch Befragung von Abhängigen kein Einfluss konditionierter Entzugserscheinungen auf Rückfallverhalten nachgewiesen werden konnte (McAuliffe, 1982), stellt sich berechtigterweise die Frage, ob von Drogensüchtigen bzw. entzogenen Patienten der Reflexbogen, der zum Rückfall führte, überhaupt als solcher erkannt und benannt werden kann. Gerade das stereotype Ablaufen suchtrelevanter Konditionierungs- und Sensibilisierungsmechanismen entzieht sich oftmals dem Bewusstsein des Suchtkranken (Zieglgänsberger und Spanagel, 1999). In frühen tierexperimentellen Studien waren Versuchstiere nicht in der Lage, die im konditionierten Entzug auftretenden Entzugserscheinungen durch Trinken von opioidagonistischer Lösung zu lindern (Stewart et al., 1984). Dabei stellt gerade die orale Verabreichung von z.B. Morphin auf Grund der schlechten Resorption aus dem Gastrointestinaltrakt eine schlechte Art der Verabreichung von Opiaten dar (Gellert und Holtzman, 1978). In einem konditionierten Entzugsgeschehen kommt daher der schnellen intravenösen Verabreichung von Opiaten tragende Bedeutung zu. Opiatsucht stellt sich als komplexes Krankheitsbild dar, zumal die Patienten nicht nur von einem Opiat abhängig sind, sondern meist Polytoxikomanen sind. Dennoch erscheint gerade der konditionierte Entzug als ein wichtiges Element im Rückfallverhalten, möglicherweise eben nur im Zusammenspiel anderer suchtrelevanter Parameter. Aufschluss inwieweit hier konditionierte Entzugs-erscheinungen eine tragende Rolle spielen, könnte ein Tierexperiment darstellen, in dem auf Entzug konditionierte Versuchstiere gelernt haben, sich über eine intracerebroventriculare Injektion Morphin zuzuführen. Nur ein schneller, unmittelbarer Wirkungseintritt von Morphin greift in den Reflexbogen ein, der von den meisten Patienten im Rückfall nicht kognitiv wahrgenommen wird. Kein anderer Stoff begleitet die Menschheit so lange wie der Saft der Kapseln des Schlafmohns und bei keinem anderen Stoff liegen Wohl und Wehe so eng beisammen. Opium und seine in der modernen Medizin angewandten Derivate stellen nach wie vor die potentesten Schmerzmittel dar. Bis heute gibt es keine vergleichbaren Analgetika. Die erstaunliche Kongruenz zwischen speziellen Rezeptoren im Gehirn und einem sekundären Pflanzenalkaloid bringt die moderne Opioidpharmakologie immer wieder in den Konflikt zwischen maximaler Schmerzlinderung und den fatalen Folgen dieser Therapie, die in Toleranz, Abhängigkeit und Entzug münden kann. Dennoch bemühten sich seit Menschengedenken Ärzte und Wissenschaftler um die Vorteile dieses Prinzips und so sollte es eines Tages gelingen, die schmerzlindernde Komponente der Opiate von den negativen Auswirkungen abzukoppeln.