title: The role of the LH receptor ectodomain for agonist-dependent and agonist-independent receptor activation
title: Die Rolle der Extrazellulärdomäne beim agonistenabhängigen und agonistenunabhängigen Aktivierungsprozess des LH-Rezeptors
Creators: name: Nurwakagari, Pascal
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Aktivierungsprozess
Aktivierung
Glycoprotein hormone receptor
Domäne
Rezeptor
Lutropin
Extrazellulärdomäne
Glykoproteinhormon-Rezeptor
LH-receptor
Naturwissenschaften
Luteinisierendes Hormon
activation
Lutropin receptor
Ligand
Rezeptoraktivierung
Extracellular domain
Glykoproteinhormon

description: Der
      Lutropin/Choriongonadotropin-Rezeptor (LHR) sowie die übrigen
      Glykoproteinhormon-Rezeptoren, Thyreotropin-Rezeptor (TSHR)
      und Follitropin-Rezeptor (FSHR), stellen Vertreter der
      rhodopsinähnlichen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren dar.
      Glykoproteinhormon-Rezeptoren spielen eine entscheidende
      Rolle bei Wachstum und Funktion der Gonaden sowie der
      Schilddrüse. Genetische Veränderungen in diesen Rezeptoren
      können die Ursache für endokrinologische Erkrankungen wie z.
      B. Pubertas praecox oder Leydigzell-Hypoplasie darstellen. Um
      Strategien zur Behandlung dieser Erkrankungen entwickeln zu
      können, ist ein besseres Verständnis der molekularen
      Mechanismen der Aktivierung dieser Rezeptoren essentiell. In
      der vorliegenden Arbeit ist die Rolle der Extrazellulärdomäne
      (EZD) innerhalb des Aktivierungsprozesses des LHR untersucht
      worden. Hierfür sind LHR mit Hilfe gentechnischer Methoden
      verändert und in einem heterologen Expressionssystem
      hinsichtlich ihres Zelloberflächen-„Targeting“ und ihrer
      Signaltransduktionseigenschaften untersucht worden. Die
      funktionelle Analyse von N-terminal modifizierten LHR ergab,
      dass die EZD, entgegen Berichten zum nahe verwandten TSHR,
      nicht als intramolekularer inverser Agonist auf die
      Transmembrandomäne (TMD) wirkt, sondern vielmehr einen
      Beitrag zu einem aktiven Rezeptorzustand des LHR leistet. Das
      Entfernen oder Verkürzen der EZD resultiert in Rezeptoren,
      die im Vergleich zum Wildtyp LHR eine erniedrigte basale
      Rezeptoraktivität aufweisen. Darüber hinaus konnte
      festgestellt werden, dass die meisten natürlich vorkommenden
      TMD-Mutationen, die beim Wildtyp LHR eine deutlich erhöhte
      Rezeptoraktivität hervorrufen, in LHR ohne EZD nicht aktiv
      sind. Weitere Versuche zeigten, dass die EZD des LHR nicht
      ausreichend durch die EZD anderer
      Glykoproteinhormon-Rezeptoren funktionell ersetzt werden
      kann. Nach Austausch der arteigenen EZD gegen die EZD des
      TSHR konnten natürlich vorkommende, in der TMD des LHR
      lokalisierte, aktivierende Mutationen nicht ihre volle
      Wirkung entfalten und in den meisten Fällen keinen
      ausgeprägten aktiven Rezeptorzustand hervorrufen. Die EZD des
      nahe verwandten TSHR scheint entweder als inverser Agonist
      auf die LHR-TMD zu wirken oder ist aufgrund von Unterschieden
      in der Aminosäuresequenz zur LHR-EZD nicht in der Lage, eine
      aktive LHR-Konformation, die für aktivierende Mutationen
      empfänglich ist, zu unterstützen. Über
      Ligand-Rezeptor-Fusionsproteine konnte gezeigt werden, dass
      eine intakte LHR EZD für eine ligandenvermittelte
      Rezeptoraktivität zwingend notwendig ist und dass das Hormon
      per se keine Rezeptoraktivierung induzieren kann. Weitere
      Versuchsergebnisse bestätigten die Hypothese, dass die
      LHR-EZD – und speziell die LRR-Domäne – intakt sein muss,
      damit die EZD eine durch das Hormon oder Mutationen
      hervorgerufene aktive Rezeptorkonformation unterstützen kann.
      Die vorliegende Arbeit liefert neue Erkenntnisse bezüglich
      der Rolle der EZD innerhalb des Aktivierungsprozesses von
      Glykoproteinhormon-Rezeptoren. Anhand der Untersuchungen zu
      dieser Arbeit kann gezeigt werden, dass die EZD nicht
      ausschließlich für die Bindung des Hormons verantwortlich
      ist, sondern darüber hinaus einen erheblichen Beitrag zur
      Induktion eines aktiven Rezeptorzustandes leistet. Des
      Weiteren liefert die Arbeit Erkenntnisse dafür, dass die EZD
      und die TMD entgegen der vorherrschenden Meinung keine
      strukturell und funktionell unabhängigen Rezeptorbausteine
      darstellen. In der Regel muss innerhalb des
      Aktivierungsprozesses eine Wechselwirkung von der EZD mit der
      G-Protein-koppelnden TMD erfolgen.
description: Glycoprotein hormone receptors
      such as the lutropin/chorionic gonadotropin receptor (LHR),
      the thyrotropin receptor (TSHR) and the follicle-stimulating
      hormone receptor (FSHR) are members of the rhodopsin-like
      G-protein coupled receptor superfamily and play a pivotal
      role in growth and function of the gonads and the thyroid
      gland. Gain-of-function mutations in glycoprotein hormone
      receptor genes are frequently associated with endocrine
      dysfunctions such as testicular disorders. A detailed
      understanding of the mechanism of glycoprotein hormone
      receptor activation is mandatory for the development of new
      pharmacological strategies for therapeutic intervention of
      such dysfunctions. In the present study, the role of the
      extracellular domain (EZD) for the activation of the LHR was
      examined. Genetically modified LHR were designed and
      functionally analyzed in a heterologous expression system by
      determining receptor protein expression and insertion into
      the cell membrane as well as receptor-dependent basal and
      agonist-induced cAMP accumulation. Functional analysis
      revealed that the LHR-EZD does not function as an inverse
      agonist but contributes to an active receptor conformation.
      Partial or total deletion of the EZD resulted in LHR with
      decreased basal receptor activity when compared to the
      wildtype LHR. Furthermore, most naturally occurring TMD
      mutations which induce high ligand-independent receptor
      activity in the wildtype LHR, were not active in EZD
      deficient LHR. Additional experiments revealed that the
      LHR-EZD cannot fully functionally be replaced by the EZD of
      the closely related TSHR, since swapping of the EZD in the
      LHR for the EZD of the TSHR impaired the activity of
      naturally occurring activating TMD mutations. There may be
      two reasons for this observation: Firstly, the EZD of the
      TSHR serves as an inverse agonist constraining the LHR-TMD in
      an inactive conformation, or secondly, due to primary
      sequence differences between the LHR- and the TSHR-EZD, the
      TSHR-EZD is not capable to support an LHR-TMD conformation
      susceptible to activating mutations. The data observed for
      ligand-receptor chimeras indicate that an intact LHR-EZD is
      required for ligand-dependent receptor activation and that
      the hormone per se is unable to activate the TMD of the LHR.
      Additional experiments support the notion that the integrity
      of the EZD, particularly the intactness of the LRR domain, is
      a prerequisite for the ability of the LHR-EZD to support an
      active receptor conformation induced by the hormone and
      activating mutations. Altogether, this study provides new
      insights in the role of the EZD in the activation process of
      glycoprotein hormone receptors. The data observed in this
      study strengthen the concept of a major contribution of the
      LHR-EZD in the activation mechanism apart from hormone
      binding and provide evidence for a cooperative model with
      structural and functional interactions of the EZD and the
      TMD. Thus, our study challenges the prevailing concept that
      the hormone-binding EZD and the G-protein-coupling TMD are
      structurally and functionally independent modules of
      glycoprotein hormone receptors.