Das Gehirn: Eine Einführung in die Molekulare Neurobiologie. A. Baumann

Transkript

1 : Eine Einführung in die Molekulare Neurobiologie A. Baumann

2 Neurotransmitter Rezeptoren

3 Neurotransmitter Rezeptoren Ionotrop Exzitatorisch: Ach-R; Glutamat-R Metabotrop GPCR Inhibitorisch: GABA A -R; Glyzin-R

4 Liganden Ionotrop Acetylcholin Glutamat GABA Glyzin Serotonin. Metabotrop Acetylcholin Glutamat GABA Dopamin Histamin Nor-Adrenalin Serotonin Peptide Licht / Duftstoffe

5 Rezeptoraufbau (ionotrop) Das Gehirn Ach-R; GABA-R; Gly-R Glu-R

6 Rezeptoraufbau (metabotrop) Das Gehirn GPCR 7 TM - Rezeptor

7 Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff

8 Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff

9 Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff

10 Tintenfisch Rhodopsin Schertler, G. (2008) Nature 453, 292ff

11 ß1-Adrenerger Rezeptor Warnne, T. et al. (2008) Nature 454, 486ff

12 Biogene-Amin Rezeptoren Das Gehirn

13 Rezeptor Ligand Wechselwirkung TM 3 Asp - COO - + TM 5 HO - Ser HO - Ser Dopamin

14 Biogene-Amin Rezeptoren G Proteine

15 Rezeptor und G Protein Schwartz, T.W. & Hubbell, W.L. (2008) Nature 455,

16 Welche intrazellulären Signalwege werden von GPCR reguliert?

17 Signalwege camp IP 3 / Ca 2+ Arachidonsäure

18 Änderung der camp Konzentration Das Gehirn

19 Änderung der camp Konzentration Das Gehirn

20 Änderung der Ca 2+ Konzentration Das Gehirn

21 Signalwege camp: ; PKA IP 3 / Ca 2+ : ; PKC Arachidonsäure: Lipoxygenase Cyclooxygenase

22 Rezeptoren und ihre Signalwege Das Gehirn Muskarinische ACh Rezeptoren: M1,3,5: G q/11 IP 3 /Ca 2+ M2,4 : G i/o camp Metabotrope Glutamat Rezeptoren: mglur1,5: G q/11 IP 3 /Ca 2+ mglur2,3,4,6,7,8 : G i/o camp GABA B Rezeptoren: GABA B 1A/1B: G i camp

23 Rezeptoren und ihre Signalwege Das Gehirn Adrenerge Rezeptoren: Dopamin Rezeptoren: Histamin Rezeptoren: Olfaktorische Rezeptoren: 1A/B/D: G q/11 IP 3 /Ca 2+ 2A/B/C: G i/o camp 1/2/3: G s camp D1/5: G s camp D2/3/4: G i/o camp H1: G q/11 IP 3 /Ca 2+ H2: G s camp OR: G s camp

24 Rezeptoren und ihre Signalwege Das Gehirn Rhodopsin: Serotonin Rezeptoren: Tyramin Rezeptoren: Octopamin Rezeptoren: Rh: G T (PDE) cgmp 5HT1A/B/D/E/F: G i/o camp 5HT2A/B/C: G q/11 IP 3 /Ca 2+ 5HT4: G s camp 5HT5: G i camp 5HT6: G s camp 5HT7: G s camp TYR: G i/o camp Oct -R: G q/11 IP 3 /Ca 2+ Oct -R: G s camp

25 Neurotransmitter-Rezeptoren und Funktionen Acetylcholin: Herzschlag erniedrigt, K + Kanal Aktivierung Glutamat: LTP, LTD GABA: Ca 2+ Kanal Inhibierung, K + Kanal Aktivierung Adrenalin: Dopamin: Histamin: Serotonin: Herzschlag erhöht, Lipolyse erhöht Bewegungskontrolle Allergie, Asthma, Biologischer Rhythmus, Thermoregulation Blutdruck, Gefühle, Körpertemperatur, Endokrine Sekretion Tyramin:? Octopamin: Metabolismus, Bewegungskotrolle, Lernen

26 Wie kann die Rezeptoraktivierung nachgewiesen werden?

27 Rezeptoraktivierung Das Gehirn camp - Änderungen: RIA Bindeproteine IP 3 /Ca 2+ - Änderungen: Ca 2+ -Imaging Genetisch kodierte Fluoreszenzsensoren

28 Bestimmung der camp Konzentration Das Gehirn

29 Bestimmung der camp Konzentration Das Gehirn Kompetitions-Bindungsassay Je mehr camp synthetisiert wurde, desto weniger radioaktiv markiertes camp* kann binden und gemessen werden

30 Ca 2+ -Imaging Das Gehirn Ca 2+ - sensitive Farbstoffe: FURA 2, FLUO 3, FLUO 4... Genetisch kodierte Sensoren, z.b. GCaMP

31 Ca 2+ Farbstoffe FURA 2

32 Ca 2+ Farbstoffe FLUO 4 FLUO 3 FLUO 4

33 Ca 2+ Imaging Das Gehirn

34 Rezeptoraktivierung Beobachtung der [Ca 2+ ] i

35 Rezeptordesensitisierung Das Gehirn Homolog: Rezeptorinaktivierung erfolgt über den Eigen -vermittelten Signalweg. Heterolog: Rezeptorinaktivierung erfolgt über einen Fremdrezeptor -vermittelten Signalweg

36 Rezeptordesensitisierung homolog

37 Rezeptordesensitisierung Inhibition PKC

38 Rezeptordesensitisierung PKC Inhibition = Blockade der Oszillation, Ca 2+ erhöht

39 Rezeptordesensitisierung 10 PKC Phosphorylierungsstellen

40 Rezeptordesensitisierung DmOctαR1B WT DmOctαR1B T 352 A Hoff et al. (2011), FASEB J. 25,

41 Rezeptor De- und Resensitisierung 1 1 PKC 2 phosphatase 2 De-sensitisierung Re-sensitisierung Hoff et al. (2011), FASEB J. 25,

42 Rezeptor De- und Resensitisierung Transiente Modifizierungen können die Signaleigenschaften von GPCR verändern und so das zelluläre Antwortverhalten beeinflussen

43 GPCR Dynamische Modulation zellulärer Signalprozesse