title: Pertussistoxin-sensitive Signalwege von alpha-MSH und AgRP an Melanocortin-4-Rezeptoren
title: Pertussistoxin-sensitive signalling of alpha-MSH and AgRP at the Melanocortin-4-Receptor
Creators: name: Heling, Dominik Johannes
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Medizin, Gesundheit
Melanocortin-4-Rezeptor
Melanocortin-4 receptor

description: The Melanocortin-4 receptor (MC4R)
      is a G-protein-coupled receptor (GPCR), which signalling is
      essential for the control of homeostasis of body weight in
      the hypothalamus. Mutations in the MC4R are the most frequent
      monogenetic cause of severe adiposity. So far, the signalling
      of the MC4R has been exclusively attributed to its coupling
      to Gs-proteins. The endogenous MC4R-agonist
      Melanocyt-stimulating hormone Ð (Ð-MSH) acts anorexigenic by
      an increase of cAMP-accumulation due to Gs-activation.
      Consistent with this finding the D90N-mutation of the MC4R,
      which selctively lacks in Gs-coupling is associated with
      severe obesity. A special cha- racteristic of the MC4R is the
      existence of endogenous antagonists: Agouti-related protein
      (AgRP) acts orexigenic by an decrease of cAMP-accumulation.
      This decre- ase in cAMP-accumulation is independent from the
      presence of agonists, i.e. AgRP has autonomous signalling
      apart from displacement of agonists. This autonomous
      signalling of AgRP has been described as inverse agonism,
      which means the stabi- lization of a conformation of the
      receptor with a lower degree of Gs-coupling than the basal
      one in absence of an agonist. Interestingly the physiologic
      relevance and the detailed mechanism of this signalling are
      still unknown. For the exploration of the detailed molecular
      mechanism of action of Ð-MSH and AgRP at the MC4R,
      overexpressing HEK293-cells and endogenous expressing
      GT1-7-cells were used. G- protein-activation was examined by
      GTPÒ35S-assay and the cAMP-accumulation 112 6. Abstract by a
      cAMP-assay. Surprisingly we found that not only the agonist
      Ð-MSH but also the antagonist AgRP activates G-proteins at
      the MC4R. The G-protein-activation due to AgRP was
      PTX-sensitiv, which characterizes the activated G-proteins as
      Gi/o. In addition the PTX-sensitiv activation of G-proteins
      of the Gs-deficient mu- tation documents the involvement of
      Gi/o-proteins in the signalling of the MC4R in general.
      Conclusively, we could establish the dual coupling of the
      MC4R to Gs- and Gi/o-proteins in an endogenous cell system.
      AgRP is able to activate selectively Gi/o-proteins and can
      regulate independently from Ð-MSH the homeostasis of bo- dy
      weight. In addition to this important findings for the
      melanocortin system, the definition of AgRP as an endogenous
      biased agonist at an established GPCR has relevant impact on
      the understanding of this receptor family in general.
description: Der Melanocortin-4-Rezeptor (MC4R)
      ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor (GP- CR), dessen
      Signaltransduktion von zentraler Bedeutung für die Regulation
      der Körpergewichtshomöostase im Hypothalamus ist. Mutationen
      im MC4R sind die häufigste monogenetische Ursache für
      Adipositas. Bislang wurde die Signal- wirkung des MC4R
      ausschließlich seiner Gs-Kopplung und dadurch bedingten
      cAMP-Akkumulation zugeschrieben. Der endogene MC4R-Agonist
      „Ð-Melanozyten- stimulierendes Hormon“ (Ð-MSH) wirkt
      anorexigen über eine Gs-Protein-bedingte Steigerung der
      cAMP-Produktion. In Übereinstimmung hiermit ist die Mutation
      D90N des MC4R, welche keine Gs-Proteine aktiviert, assoziiert
      mit einer ausgepräg- ten Adipositas. Eine Besonderheit des
      MC4R ist das Vorkommen von endogenen Antagonisten:
      „Agouti-related Protein“ (AgRP) wirkt zum einen durch die
      Blockade der Ð-MSH-Wirkung indirekt orexigen, kann aber auch
      in Abwesenheit von Ð-MSH basale cAMP-Spiegel erniedrigen.
      Daher wird AgRP auch eine inverse agonistische Wirkung
      zugesprochen. Interessanterweise ist weder die physiologische
      Bedeutung dieser Wirkung bekannt, noch sind die dazu
      führenden Mechanismen verstanden. Zur Untersuchung der
      detaillierten molekularen Wirkung von Ð-MSH und AgRP auf den
      MC4R wurde die G-Protein-Aktivierung mittels GTPÒ35S-Assay,
      sowie die cAMP-Akkumulation mittels cAMP-Assay in
      HEK293-Zellen und GT1-7-Zellen un- tersucht.
      Überraschenderweise konnte in dieser Arbeit gezeigt werden,
      dass neben Ð- 110 5. Zusammenfassung MSH auch AgRP G-Proteine
      aktiviert und somit agonistisch am MC4R wirkt. Diese
      AgRP-bedingte G-Protein-Aktivierung war PTX-sensitiv, welches
      die aktivierten G- Proteine als Gi/o-Proteine kennzeichnet.
      Auch die Aktivierung von PTX-sensitiven G-Proteinen an der
      Gs-defizienten D90N-Mutation belegt die Involvierung von
      Gi/o- Proteinen bei der Signaltransduktion des MC4R im
      Allgemeinen. Somit konnte in dieser Arbeit eine duale
      Kopplung des MC4Rs an Gi/o- und Gs-Proteine in einem
      endogenen Zellsystem etabliert werden. AgRP ist in der Lage
      selektiv Gi/o-Proteine zu aktivieren und damit aktiv,
      Ð-MSH-unabhängig die Körpergewichtshomöostase zu regulieren.
      Neben diesem wichtigen Befund für das Melanocortinsystem,
      besitzt die Definition der AgRP-Wirkung, als endogen
      vorkommender funktional selektiver Agonist an einem
      etablierten GPCR, große Bedeutung für das Verständnis dieser
      Rezeptorfamilie im Allgemeinen.