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Struktur-Funktions-Untersuchungen zur Hinge-Region in Glykoproteinhormon-Rezeptoren

Grzesik, Paul - Freie Universität Berlin (2013)


Zusammen mit dem Thyreotropinrezeptor (TSHR), bilden der Follitropinrezeptor (FSHR) und der Lutropinrezeptor (LHR) die Untergruppe der Glykoproteinhormon-Rezeptoren (GPHR), welche zu den rhodopsinähnlichen GPCR zählt. Die GPHR bilden eine oligomere Signalisierungseinheit, bei der die Signalweiterleitung durch intermolekulare Interaktionen mit benachbarten Rezeptoren und endogenen Liganden erfolgt. Eine Beteiligung an diesem Prozess wird von der Hinge-Region vermutet, welche die extrazelluläre ligandbindenden leucine-rich repeat Domäne (LRRD) mit der transmembranären Serpentindomäne (SD) verbindet. Um den molekularen Mechanismus der Signalvermittlung zu verstehen, wurde in der vorliegenden Arbeit erstmalig das strukturelle Profil der Hinge-Region des TSHR und des LHR untersucht. Mittels breit angelegter Expressionsstudien in E.coli und P.pastoris, sowie einem proteinfragmentbasiertem Hochdurchsatz-Screening (ESPRIT) konnte gezeigt werden, dass die Hinge-Region funktionell essentielle strukturierte Abschnitte aufweist, diese jedoch aber nicht strukturautonom als Domäne vorliegen. Vielmehr führen intra- und intermolekulare Kontakte von benachbarten Domänen zur Ausbildung aktiver Konformationen, welche zur Signalamplifikation führen. Weiterhin konnten durch die Einführung von Alanin bzw. Prolinmutationen in den Exon10-kodierenden Bereich der Hinge-Region zwei potentiell helikale Strukturelemente, sowie eine signalisierungssensitive Region innerhalb der LHR Hinge-Region gefunden werden, welche in unterschiedlicher Weise mit den Hormonen Lutropin (LH) und Choriongonadotropin (CG) interagieren. Mit Hilfe von Mutationen und Deletionen innerhalb der LHR Hinge-Region konnte desweiteren gezeigt werden, dass nicht spezifische Aminosäureeigenschaften, sondern vielmehr Strukturmerkmale funktionsrelevant sind und im Fall einer strukturellen Störung (Deletion) Funktionen im Signalisierungsmechanismus kompensiert werden. Für den LHR konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass für die beiden Hormone LH und CG unterschiedliche molekulare Aktivierungsmechanismen im Zusammenhang mit der Hinge-Region vorliegen. Dabei wurde die intramolekulare Aktivierung durch LH- und die intermolekulare Aktivierung durch CG-Stimulation nachgewiesen. Die beleuchteten molekularen Determinanten für die Rezeptoraktivierung liefern ebenfalls eine plausible Erklärung für die Fehlfunktion einer natürlich vorkommenden Deletionsmutante bei der die LHR Hinge-Region um 27 Aminosauren (Exon10) verkürzt ist. Diese Arbeit zur Hinge-Region der GPHR bietet somit eine Grundlage für die Formulierung eines erweiterten Aktivierungsmodells für den LHR unter Einbezug kooperativer Effekte und beschreibt zum ersten Mal den Einfluss der Hinge-Region in dem ablaufenden Aktivierungsprozess.


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