Zum Mechanismus der Signalübertragung durch G-Protein gekoppelte Rezeptoren
Creators: name: Ernst, Oliver Peter
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité
Year: 2003
Subjects: subject: Signaltransduktion
subject: G-Protein gekoppelte Rezeptoren
subject: Rezeptor/G-Protein Interaktion
subject: Nukleotidaustauschkatalyse
subject: signal transduction
subject: G protein-coupled receptors
subject: receptor/G protein interaction
subject: nucleotide exchange catalysis
subject: 610 Medizin
subject: 33 Medizin

description: Der menschliche Organismus nutzt G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), membranständige Rezeptoren an Zelloberflächen, um extrazelluläre Signale wie z.B. Hormone, Neurotransmitter, gustatorische und olfaktorische Signale ins Zellinnere zu übertragen. Die spezifische Bindung dieser extrazellulären Liganden induziert in GPCRs eine Konformationsänderung, wodurch diese mit heterotrimeren G-Proteinen im Zellinnern interagieren und den GDP/GTP Nukleotidaustausch im G-Protein katalysieren können. Das G-Protein vermittelt seinerseits das Signal durch Protein-Protein Interaktion an intrazelluläre Effektorproteine weiter. Die in der vorliegenden Habilitationsschrift zusammengefassten Publikationen über das Rhodopsin/Transducin System der Photorezeptorzelle, einem Modellsystem für GPCRs/G-Proteine, umfassen drei Themenschwerpunkte: 1. Methodische Entwicklungen zur biophysikalischen Messung der Interaktion zwischen Rhodopsin und Transducin über Lichtstreu- und Evaneszentfeld-Techniken, insbesondere der Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie. 2. Die Ausbildung der aktiven Konformation des Rhodopsins. Es wurde die zeitliche Abfolge der mit der Rhodopsinaktivierung verbundenen Protonierungsänderungen im Rezeptor untersucht sowie der Einfluß der 9-Methylgruppe des Retinal Liganden auf diese Vorgänge. Eine wesentliche Determinante für die Aktivierung der cytoplasmatischen Rezeptoroberfläche stellt das konservierte NPxxY(x)5,6F Motiv in Helix VII/VIII dar. 3. Das Rezeptor / G-Protein Interface. Durch Rezeptor-Mutagenese und die Verwendung von den Bindungsstellen des G-Proteins abgeleiteten Peptiden wurde der Helix VIII (frühere vierte cytoplasmatische Rezeptorschleife) eine essentielle Funktion bei der Interaktion mit dem G-Protein zugeschrieben. Aus unseren Studien wurde ein sequenzieller Zwei-Schritt Mechanismus für die Rhodopsin/Transducin-Interaktion abgeleitet.
description: The human organism employs G protein coupled receptors (GPCRs), cell surface receptors in the plasma membrane, to transmit extracellular signals such as hormones, neurotransmitters, gustatory and olfactory signals into the interior of the cell. Specific binding of these extracellular ligands induces a conformational change in GPCRs, which allows the interaction with heterotrimeric G proteins and the catalysis of GDP/GTP nucleotide exchange in the G protein. The G protein then transmits the signal by protein-protein interaction to intracellular effector proteins. The publications summarized here on the rhodopsin/transducin system of photoreceptor cells, a model system for GPCRs/G proteins, cover three topics: 1. Methodology developments for biophysical monitoring of the interaction between rhodopsin and transducin by light scattering and evanescent field techniques, in particular surface plasmon resonance spectroscopy. 2. Formation of the active conformation of rhodopsin. The temporal sequence of protonation changes linked to rhodopsin activation was investigated as well as the effect of the 9-methyl group of the retinal ligand on these processes. A crucial determinant for activation of the cytoplasmic receptor surface is represented by the NPxxY(x)5,6F motif in helices VII/VIII. 3. The receptor/G protein interface. An essential role in the interaction with the G protein was assigned to helix VIII (former fourth cytoplasmic receptor loop) by employing receptor mutagenesis and peptides derived from binding sites on the G protein. Based on our studies we proposed a sequential two-step mechanism for the rhodopsin/transducin interaction.