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 Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

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: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie