Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Oberflächenrezeptoren feuern auch im Zellinneren

18.08.2009
Forscher vom Rudolf-Virchow-Zentrum klären grundlegenden Mechanismus auf

Oberflächenrezeptoren leiten nicht nur Signale von außen in die Zelle, sondern können auch in der Zelle selbst aktiv sein. Das zeigen Würzburger Forscher vom Rudolf-Virchow-Zentrum heute in der online Fachzeitschrift PLoS Biology und stellen damit die bisherige Lehrbuchmeinung auf den Kopf.


Schilddrüsenfollikel isoliert aus Mäusen, die einen Sensor für sekundäre Botenstoffe aufweisen. Nach Stimulierung des TSH-Rezeptors mit dem Hormon TSH verfärbt sich der Follikel (rechts), die sekundären Botenstoffe werden aktiviert. Nach anhaltender Stimulierung (bis zu 30 min) geht die Aktivierung der Botenstoffe nicht wieder zurück.
(PLoS Biol doi:10.1371/journal.pbio.1000172)

Die untersuchten Rezeptoren gehören zur wichtigsten Klasse von Oberflächenrezeptoren im menschlichen Körper und sind in eine Vielzahl physiologischer Prozesse sowie der Entstehung von Krankheiten involviert.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sitzen in der Zellmembran und leiten Licht-, Geruchs- und Geschmacksreize von außen in die Zelle weiter. Darüber hinaus spielen sie nicht nur bei der Zellbewegung, dem Zellwachstum oder der Zelldifferenzierung eine wichtige Rolle, sondern sind auch Angriffspunkt von Hormonen wie Adrenalin, oder von Neurotransmittern wie Acetylcholin. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind also in die wichtigsten physiologischen Prozesse involviert. Das hat ihnen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Medikamenten zuteil kommen lassen. Ein Großteil der heutigen Medikamente greift an diesen Rezeptoren an, um Entzündungsprozesse, Allergien oder Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Herzmuskelschwäche zu therapieren. Die bekanntesten sind Betablocker, Opioide oder Sympathomimetika.

Die Rezeptoren auf der Zelloberfläche leiten Signale von außen in die Zelle und aktivieren dort so genannte sekundäre Botenstoffe, die eigentlichen Reaktionsauslöser. Werden die Rezeptoren länger gereizt, so führt das dazu, dass sie in das Zellinnere transportiert werden und von der Oberfläche verschwinden. Wissenschaftler vermuteten bisher, dass, einmal im Inneren angelangt, der Rezeptor inaktiv wird und keine Botenstoffe mehr aktivieren kann. Sie nahmen an, dass dahinter eine Art Abschaltmechanismus, bzw. eine Maßnahme um den Rezeptor im Inneren wieder zu recyceln steckt. Andere beobachteten allerdings für verwandte Rezeptoren, dass diese in der Zelle weiter aktiv bleiben. Ein Beispiel ist der epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptor, der das Zellwachstum beeinflusst und bei Fehlregulation Krebs auslösen kann.

Ob diese G-Protein gekoppelten Rezeptoren im Zellinneren noch funktionieren oder nicht, ist hinsichtlich der gezielten Wirkung von Medikamenten eine essentielle Frage. Die Forscher um Dr. Davide Calebiro, Dr. Viacheslav Nikolaev und Prof. Dr. Martin Lohse vom Rudolf-Virchow-Zentrum und Kollegen der Universitäten Mailand und Genua untersuchten dazu den TSH-Rezeptor, ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor in Schilddrüsenfollikeln von Mäusen. Die Follikel sind kleine Bläschen im Schilddrüsengewebe, die kreisförmig angeordnete Epithelzellen besitzen und Schilddrüsenhormone produzieren. Schilddrüsenfollikel können im Labor gut gehalten werden und weisen alle natürlich vorkommenden Proteine und sekundäre Botenstoffe auf, die im lebenden Organismus vorhanden sind und der TSH-Rezeptor zur Weiterleitung braucht.

Davide Calebiro nutzte für seine Messungen einen fluoreszierenden Sensor für die sekundären Botenstoffe. In den aus der Maus isolierten Schilddrüsenfollikel kann er damit unter dem Mikroskop farblich verfolgen, ob der Rezeptor ein Signal an die sekundären Botenstoffe weitergibt. Um den Rezeptor zu stimulieren, ist das Thyreoidea-stimulierende Hormon (TSH) nötig, das die Schilddrüsenhormonproduktion anregt und bei Fehlregulation zur Unter- oder Überfunktion der Schilddrüse führt. Wie erwartet tritt nach einer Zugabe des Hormons eine Verfärbung der Follikel auf (Bild 1). Der Rezeptor ist aktiv und gibt das Signal an die sekundären Botenstoffe weiter. Eine anhaltende Gabe des Hormons führt dazu, dass der Rezeptor in die Zelle transportiert wird. Auch das lässt sich im Mikroskop farblich darstellen (Bild 2). Das Besondere jedoch: Ist der Rezeptor in der Zelle, zeigt der Sensor immer noch die gleiche Farbintensität wie vorher. Das Signal des sekundären Botenstoffs bricht also nicht ab, der Rezeptor feuert auch im Zellinneren. Wird der Transport des Rezeptors ins Zellinnere blockiert, so nimmt das Signal des sekundären Botenstoffs ab.

"Das lässt vermuten, dass das klassische Paradigma von einem Signal ausschließlich von der Zelloberfläche einer Revision bedarf. Der Rezeptor scheint sowohl von der Oberfläche als auch vom Inneren zu funktionieren. Das hat zur Folge, dass das Signal noch länger anhält als bisher beobachtet. Es scheint allerdings, dass die Konsequenzen für die Zelle unterschiedlich sind", so Martin Lohse vom Rudolf-Virchow-Zentrum. Schon länger beobachtet man, dass gleiche biologische Signalwege genutzt werden, um unterschiedliche Reaktionen in der Zelle auszulösen. Die Forscher nehmen an, dass es darauf ankommt, woher das Signal kommt. Ist der Rezeptor einmal in der Zelle angelangt, kann er über den gleichen Weg andere Zellbestandteile erreichen, wie beispielsweise den Zellkern, und ganz unterschiedliche, vielleicht sogar gegenteilige Reaktionen auslösen. Auch für den untersuchten TSH-Rezeptor konnten die Wissenschaftler einen festen Ort in einem Kompartiment nahe dem Golgi-Apparat der Zelle ausmachen. Die Ergebnisse zeigen, dass Oberflächenrezeptoren viel komplizierter funktionieren als bisher angenommen.

"Wir müssen jetzt genauer untersuchen, ob dieser Transport auch bei anderen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren mit einem stetigen Signal in der Zelle einhergeht. Nicht nur der TSH-Rezeptor, der bei verschiedenen Schilddrüsen-Erkrankungen eine Rolle spielt, sondern auch andere dieser Rezeptoren sind sehr interessant", so Martin Lohse über die weitere Forschung. Ist dies ein genereller Mechanismus, so könne gezielt der Transport ins Zellinnere blockiert werden - und dies wäre ein ganz neuer pharmakologischer Ansatz für eine Vielzahl von Erkrankungen.

Calebiro D, Nikolaev VO, Gagliani MC, de Filippis T, Dees C, et al. (2009) Persistent cAMP-Signals Triggered by Internalized G-Protein-Coupled Receptors. PLoS Biol 7(8): e1000172. doi:10.1371/journal.pbio.1000172

Kontakt:
Dr. Davide Calebiro MD
Rudolf-Virchow-Zentrum/ University of Milan
Derzeitig zu erreichen an der Universität von Mailand:
Tel.: +39 02 61911 -3043 (oder -2432)
Mobil: +39 349 5504425
E-Mail: davide.calebiro@unimi.it
Dr. Viacheslav Nikolaev
Rudolf-Virchow-Zentrum/
Institut für Pharmakologie
Universität Würzburg
Tel.: 0931-201 48670
E-Mail: nikolaev@toxi.uni-wuerzburg.de
Sonja Jülich-Abbas
Leiterin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Rudolf-Virchow-Zentrum
Universität Würzburg
Tel.: 0931-201 48714
E-Mail: sonja.juelich@virchow.uni-wuerzburg.de

Sonja Jülich | idw
Weitere Informationen:
http://www.rudolf-virchow-zentrum.de
http://www.plosbiology.org

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden
06.12.2016 | Universität Osnabrück

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften