title: Discovery of peptides targeting the melanocortin 4 receptor
Creators: name: Draxler, Claudia
Publisher: name: :none
Year: 2022

description: Das Melanocortin-System beeinflusst eine Vielzahl von Körperfunktionen im menschlichen Körper zu welchen Hautpigmentierung, Steroidbildung, Energiehomöostase, exokrine Sekretion, Sexualfunktionen, Schmerzlinderung, Inflammation, Immunmodulation, Temperaturkontrolle, Herz-Kreislauf-Regulierung und neuromuskuläre Regeneration gehören. Fünf verschiedene Melanocortin-Rezeptoren, die zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) gehören, sowie ihre endogenen Liganden sind Teile des Melanocortin-Systems und für die Vermittlung dessen Funktionen durch intrazelluläre Signalübertragung verantwortlich. Der humane Melanocortin-4-Rezeptor (hMC4R) und sein endogener Agonist α-Melanozyten-stimulierendes Hormon (α-MSH) sowie endogener inverser Agonist Agouti Related Peptide (AgRP) regulieren die Energiehomöostase im menschlichen Körper und sind daher von großem Interesse für die Entwicklung von Medikamenten gegen Fettleibigkeit und der Vorbeugung sowie Behandlung von Anorexie und Kachexie relevant. In jüngster Zeit gewann auch die kardioprotektive Wirkung von „biased signaling“ des MC4R an Interesse für die Behandlung von Herzerkrankungen, der häufigsten Begleiterkrankung von Fettleibigkeit. Für dieses Projekt wurde die aktive Sequenz von α-MSH, die an hMC4R bindet und den Rezeptor aktiviert, in vier verschiedene Peptidgerüste eingefügt welche auch als Scaffolds bezeichnet werden. Tachyplesin-1, Protegrin-4, Arenicin-3 und Gomesin bei denen es sich um aus der Natur – genauer gesagt aus dem Tierreich stammende, antimikrobielle Peptide handelt wurden hierfür verwendet. Diese Scaffolds ähneln dem endogenen Liganden in ihrer Struktur und sollten in der Lage sein, hMC4R zu aktivieren. Insgesamt 14 neuartige lineare Peptidanaloga wurden für dieses Projekt zuvor mittels Solid Phase Peptide Synthese und Verwendung der Fluorenylmethoxycarbonyl Schutzgruppe (Fmoc) synthetisiert um pharmakologisch mit Hilfe von Biolumineszenz-Resonanzenergietransfer (BRET) und zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) Assay untersucht zu werden, um die β-Arrestin-2-Rekrutierung sowie die Produktion von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) am hMC4R zu bestimmen. Von Tieren gewonnene, cysteinreiche, anti-mikrobielle Scaffolds zeigen großes Potential für die Entwicklung neuer Wirkstoffe, welche MC4R und das Melanocortin System erreichen und beeinflussen können. Weiters eröffnet diese Art von Peptiden eine neue, vielversprechende Nische für die Entwicklung von neuen Medikamenten.
description: The melanocortin system regulates a variety of physiological functions in humans, including skin pigmentation, steroid genesis, energy homeostasis, exocrine secretion, sexual function, analgesia, inflammation, immunomodulation, temperature control, cardiovascular regulation, and neuromuscular regeneration. Five different melanocortin receptors, belonging to the family of G protein-coupled receptors (GPCRs), as well as their endogenous peptide ligands make up the melanocortin system and are responsible to mediate several divers functions through intracellular signaling. The human melanocortin 4 receptor (hMC4R) via its endogenous agonist α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) and its endogenous inverse agonist agouti related peptide (AgRP) is involved in the regulation of energy homeostasis. Hence this signalling system is of great interest for the development of anti-obesity drugs as well as therapeutics for the prevention and treatment of anorexia and cachexia. Very recently, the cardioprotective effect of biased signaling ligands targeting the MC4R has also sparked great interest for the treatment of heart disease, the most common co-morbidity of obesity. For this project, the active sequence of α-MSH, which binds to the hMC4R and activates the receptor, was inserted into four different, nature-derived peptide scaffolds, tachyplesin-1, protegrin-4, arenicin-3 and gomesin. These peptide scaffolds are animal derived antimicrobial peptides, and have been selected based on their structure which should be able to target and activate hMC4R due to their similarity to the endogenous ligand α-MSH. In this thesis I pharmacologically analyzed 14 novel MSH-peptide analogues that have been previously generated through ‘molecular grafting’ using solid phase peptide synthesis. By applying bioluminescence resonance energy transfer (BRET) and second messenger quantification assays, I determined their potency and efficacy for β-arrestin-2 recruitment as well as the production of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) at the hMC4R . Animal-derived, cysteine rich, antimicrobial scaffolds show great potential to target not only hMC4R and the melanocortin system but are a new and exceptional niche when it comes to the development of novel drugs targeting GPCRs.