: Eine Einführung in die Molekulare Neurobiologie A. Baumann
Neurotransmitter Rezeptoren
Neurotransmitter Rezeptoren Ionotrop Exzitatorisch: Ach-R; Glutamat-R Metabotrop GPCR Inhibitorisch: GABA A -R; Glyzin-R
Liganden Ionotrop Acetylcholin Glutamat GABA Glyzin Serotonin. Metabotrop Acetylcholin Glutamat GABA Dopamin Histamin Nor-Adrenalin Serotonin Peptide Licht / Duftstoffe
Rezeptoraufbau (ionotrop) Das Gehirn Ach-R; GABA-R; Gly-R Glu-R
Rezeptoraufbau (metabotrop) Das Gehirn GPCR 7 TM - Rezeptor
Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff
Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff
Rhodopsin Krebs, A. et al. (2003) J. Biol. Chem. 278, 50217ff
Tintenfisch Rhodopsin Schertler, G. (2008) Nature 453, 292ff
ß1-Adrenerger Rezeptor Warnne, T. et al. (2008) Nature 454, 486ff
Biogene-Amin Rezeptoren Das Gehirn
Rezeptor Ligand Wechselwirkung TM 3 Asp - COO - + TM 5 HO - Ser HO - Ser Dopamin
Biogene-Amin Rezeptoren G Proteine
Rezeptor und G Protein Schwartz, T.W. & Hubbell, W.L. (2008) Nature 455, 473-474
Welche intrazellulären Signalwege werden von GPCR reguliert?
Signalwege camp IP 3 / Ca 2+ Arachidonsäure
Änderung der camp Konzentration Das Gehirn
Änderung der camp Konzentration Das Gehirn
Änderung der Ca 2+ Konzentration Das Gehirn
Signalwege camp: ; PKA IP 3 / Ca 2+ : ; PKC Arachidonsäure: Lipoxygenase Cyclooxygenase
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
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
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
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
Wie kann die Rezeptoraktivierung nachgewiesen werden?
Rezeptoraktivierung Das Gehirn camp - Änderungen: RIA Bindeproteine IP 3 /Ca 2+ - Änderungen: Ca 2+ -Imaging Genetisch kodierte Fluoreszenzsensoren
Bestimmung der camp Konzentration Das Gehirn
Bestimmung der camp Konzentration Das Gehirn Kompetitions-Bindungsassay Je mehr camp synthetisiert wurde, desto weniger radioaktiv markiertes camp* kann binden und gemessen werden
Ca 2+ -Imaging Das Gehirn Ca 2+ - sensitive Farbstoffe: FURA 2, FLUO 3, FLUO 4... Genetisch kodierte Sensoren, z.b. GCaMP
Ca 2+ Farbstoffe FURA 2
Ca 2+ Farbstoffe FLUO 4 FLUO 3 FLUO 4
Ca 2+ Imaging Das Gehirn
Rezeptoraktivierung Beobachtung der [Ca 2+ ] i
Rezeptordesensitisierung Das Gehirn Homolog: Rezeptorinaktivierung erfolgt über den Eigen -vermittelten Signalweg. Heterolog: Rezeptorinaktivierung erfolgt über einen Fremdrezeptor -vermittelten Signalweg
Rezeptordesensitisierung homolog
Rezeptordesensitisierung Inhibition PKC
Rezeptordesensitisierung PKC Inhibition = Blockade der Oszillation, Ca 2+ erhöht
Rezeptordesensitisierung 10 PKC Phosphorylierungsstellen
Rezeptordesensitisierung DmOctαR1B WT DmOctαR1B T 352 A Hoff et al. (2011), FASEB J. 25, 2484-2491
Rezeptor De- und Resensitisierung 1 1 PKC 2 phosphatase 2 De-sensitisierung Re-sensitisierung Hoff et al. (2011), FASEB J. 25, 2484-2491
Rezeptor De- und Resensitisierung Transiente Modifizierungen können die Signaleigenschaften von GPCR verändern und so das zelluläre Antwortverhalten beeinflussen
GPCR Dynamische Modulation zellulärer Signalprozesse