Eins plus eins ist nicht gleich zwei

Forschungsteam der FAU untersucht Rezeptoren, die auf der Zelloberfläche Paare bilden

In menschlichen Zellen gibt es eine Vielzahl von G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Diese Proteine sind als wichtiger Bestandteil der Zellmembran dafür verantwortlich, unterschiedliche Reize im Umfeld einer Körperzelle wahrzunehmen und diese Information in das Zellinnere zu übertragen. Sie können einzeln oder als Paare auftreten – ihre Funktion kann sich dadurch maßgeblich unterscheiden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Departments Chemie und Pharmazie haben zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Montreal, Kanada, G-Protein gekoppelte Rezeptoren untersucht und daran geforscht, ob maßgeschneiderte Wirkstoffe beeinflussen können, wie diese Rezeptoren Paare bilden und sich danach verhalten. Ihre Ergebnisse haben sie nun in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlicht.*

G-Protein gekoppelte Rezeptoren, das sind Proteine, die in der Zellmembran vorkommen, erkennen, wenn ein Botenstoff wie zum Beispiel ein Neurotransmitter gebunden wird. Dies stößt in der Zelle verschiedene Prozesse an. Obwohl diese Rezeptoren als einzelne Proteine aktiv sind und ein Signal in die Zelle weitergeben können, wissen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch, dass unterschiedliche Rezeptoren innerhalb der Zellmembran miteinander in Wechselwirkungen treten und Paare, sogenannte Dimere, bilden können.

Rezeptoren-Teams

Eines dieser Rezeptorenpaare hat das Forschungsteam um Dr. Dorothée Weikert vom Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie der FAU und Professor Michel Bouvier von der Université de Montréal genauer unter die Lupe genommen. Sie untersuchten die Dimerisierung zweier Rezeptoren: einen Dopamin-D3-Rezeptor, der den Neurotransmitter Dopamin erkennt, sowie einen, der durch Neurotensin, einen Botenstoff, der von Nervenzellen freigesetzt wird, aktiviert wird. Diese Rezeptoren kommen im Gehirn in Regionen vor, die für die Entwicklung von Suchterkrankungen eine Rolle spielen. Die pharmazeutischen Chemikerinnen und Chemiker an der FAU haben dafür im Vorfeld bivalente Liganden entwickelt, die – im Gegensatz zu natürlichen Neurotransmittern – gleichzeitig an beide Rezeptoren binden können.

Diese Liganden haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler genutzt, um die Rezeptordimere spezifisch zu adressieren. Werden die beiden Rezeptoren mithilfe eines bivalenten Liganden gebunden und ihre Paarbildung somit verstärkt, so stellten die Forscherinnen und Forscher fest, dass sich die Signalübertragung durch das Rezeptorenpaar im Vergleich zu einzelnen Rezeptoren in der Zelle unterscheidet. Werden die beiden Rezeptoren mithilfe des bivalenten Liganden verknüpft, wandert der Dopamin-D3-Rezeptor ins Zellinnere – mit gewöhnlichen Neurotransmittern oder Wirkstoffen geschieht das normalerweise kaum. Das führt dazu, dass der Dopamin-D3-Rezeptor nur noch in geringerer Menge auf der Zelloberfläche vorhanden ist.

Zukünftige Anwendungsfelder

Gegenwärtig beschäftigen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler damit, ihre bivalenten Liganden weiter zu optimieren und herauszufinden, welche Effekte der Übergang des Rezeptordimers ins Zellinnere auf die Zellen hat. Möglicherweise wird langfristig die Erforschung von Suchterkrankungen ein Anwendungsgebiet, da bei diesen der Dopamin-D3-Rezeptor verstärkt auf der Zelloberfläche vorkommt.

Originalpublikation: https://doi.org/10.1038/s42003-021-02574-4

Weitere Informationen

Dr. Dorothée Weikert
Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie
dorothee.weikert@fau.de
www.grk1910.de