Wenn Zellen im menschlichen Körper miteinander kommunizieren, übernehmen membranständige Proteine die Signalweiterleitung. „Extrazelluläre Signale werden von Rezeptoren, die in der Zellmembran sitzen, erkannt und in das Zellinnere weitergeleitet. Die größte Proteinklasse, die dafür verantwortlich ist, ist die GPCR-Familie. Davon gibt es über 800 im Menschen“, erklärt Eduard Stefan vom Innsbrucker Institut für Biochemie. „Unterschiedlichste Signale, wie zum Beispiel Hormone, Neurotransmitter, visuelle, aber auch olfaktorische Signale werden durch diese Sensorproteine wahrgenommen. Nach der Erkennung des Input-Signals wird dieses konvertiert und über eine Kaskade von intrazellulären Effektorproteinen unter anderem in den Zellkern weitergeleitet, um eine physiologische Zellantwort zu initiieren“, beschreibt Stefan den komplexen Ablauf. Als Beispiel nennt der Biochemiker die Wirkungsweise des Hormons Adrenalin, das nach Stresssituationen freigesetzt, eine Rezeptorkaskade aktiviert und damit den Körper in Sekundenbruchteilen in Handlungsbereitschaft versetzt. Jeder kennt die Konsequenz: Unser Herz schlägt schneller, der Blutdruck steigt und wir strotzen nun vor Energie, um auf die veränderte Umweltbedingung umgehend zu reagieren.
Eine neue molekulare Interaktion
Im Zuge seiner Forschungsarbeit mit Verena Bachmann und Johanna Mayrhofer am Innsbrucker Institut für Biochemie, dem Center for Molecular Biosciences Innsbruck (CMBI) und in Kooperation mit einem internationalen Team fand Stefan nun heraus, dass einer dieser Rezeptoren – Gpr161 – sich von den anderen unterscheidet, da er Signale nicht nur weitergibt, sondern selbst direkt mit einem dieser Effektorproteine, der Proteinkinase A (PKA), interagiert. „Nach Bindung von Liganden an GPCR an der Zelloberfläche kommt es zu einer Konfirmationsänderung, die die intrazelluläre Signalkaskade initiiert. Daran sind weitere intrazelluläre Strukturproteine beteiligt, die dafür sorgen, dass dieser Prozess spezifisch abläuft“, erklärt Stefan. „Die neue Funktion, die man Gpr161 nun zuweisen konnte ist, dass er nicht nur als Rezeptor fungiert, sondern selbst die Rolle eines Strukturproteins übernimmt.“ Nun gilt es für die Wissenschaftler herauszufinden, welcher Ligand – also welcher Wirkstoff – an Gpr161 binden könnte, um mehr über mögliche Wechselwirkungen mit anderen kritisch regulierten Rezeptorkaskaden herauszufinden. „Ein wichtiger Gegenspieler von Gpr161 ist bekannt und spielt eine Rolle entweder bei der Entstehung oder dem Fortschreiten von Krebs. Daher könnte es von Bedeutung sein, die Prozesse rund um diese neue Funktion des G-Protein-gekoppelten Rezeptors Gpr161 genauer zu verstehen“, ist Stefan überzeugt. Finanziert wurde die Arbeit vom Fonds zur Förderung wissenschaftlicher Forschung (FWF) und dem SFB-44 -Cell signaling in chronic CNS disorder.
Links
- Paper: Gpr161 anchoring of PKA consolidates GPCR and cAMP signaling Verena A. Bachmann, Johanna E. Mayrhofer, Ronit Ilouz, Philipp Tschaikner, Philipp Raffeiner, Ruth Röck, Mathieu Courcelles, Federico Apelt, Tsan-Wen Lu, George S. Baillie, Pierre Thibault, Pia Aanstad, Ulrich Stelzl, Susan S. Taylor, and Eduard Stefan
- Institut für Biochemie
- CMBI - Center for Molecular Biosciences Innsbruck
- SFB44 -SFB-F44 - Cell signaling in chronic CNS disorders