Regulation des vesikulären Monoamintransporters 2: Beteiligung heterotrimerer G-Proteine und intrazellulärer Signaltransduktionswege

Abstract

Neurotransmitter spielen eine zentrale Rolle in der Reizübertragung. Sie werden durch einen spezifischen Transporter erst in das Zytosol und dann in synaptischen Vesikeln aufgenommen um dann, ausgelöst durch ein Aktionspotential, in den synaptischen Spalt freigegeben zu werden und so die Signalweiterleitung zu ermöglichen. Die Menge des freigegebenen Neurotransmitters pro Vesikel, die nicht immer zu einer Sättigung aller postsynaptischer Rezeptoren führt, bestimmt unter anderem die postsynaptische Antwort. Des Weiteren spielen die Wahrscheinlichkeit exozytotischer Ereignisse und die Sensitivität und Anzahl der an der Postsynapse gelegenen Rezeptoren eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit die Speicherung von Serotonin durch den VMAT2 in Vesikel genauer betrachtet. Hauptspeicherorte für Serotonin sind neben dem ZNS die Thrombozyten. Heterotrimere G-Proteine sind in der Regulation der Monoaminaufnahme involviert. Der vesikuläre Monoamintransporter 2 wird in den genannten Zelltypen entweder durch G(alpha)o2 (ZNS) oder G(alpha)q (Thrombozyten) reguliert. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde VMAT2 im Hinblick auf seine Abhängigkeit von dem elektrochemischen Gradienten (DµH+) untersucht. Es zeigte kein Unterschied in der Aktivität des vesikulären Monoamintransporters 2 zwischen Wildtyp- und G(alpha)O2-/-- Mäusen. Des Weiteren konnte durch Ermittlung der Aktivität bzw. relativen Menge an synthetisierenden und abbauenden Enzymen und der vermehrten Expression von VMAT2 in den G(alpha)o2-Deletionsmutanten eine enge Regulation der extra- und intravesikulären Serotoninkonzentration nachgewiesen werden. Im zweiten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Aktivität des vesikulären Monoamintransporters auch im Hinblick auf die nachgeschalteten Signaltransduktionswege sehr komplex reguliert wird. So konnte erstmals eine unterschiedliche Regulation im Hinblick auf die sekundären Botenstoffe cAMP und cGMP zwischen Vesikeln des Gehirns und Thrombozyten gezeigt werden. Abschließend konnte trotz der herausgestellten unterschiedlichen Regulation des vesikulären Monoamintransporters 2 in den Vesikeln des ZNS und in den Thrombozyten ein mögliches Bindeglied, die Phospholipase C, aufgezeigt werden. Eine Modulation der Aktivität des vesikulären Monoamintransporters durch heterotrimere G-Proteine auf Vesikeln dient der schnellen Wiederaufnahme der zytosolisch toxischen Monoamine in das Vesikel und stellt so ein essentielles Bindeglied zwischen der regulierten Reizweiterleitung und der Sicherheit für die Zelle dar.

Neurotransmitters are key molecules of neurotransmission. They are concentrated first in the cytosol and then in small synaptic vesicles by the activity of specific neurotransmitter transporters of the plasma and the vesicular membrane. Following an action potential, synaptic vesicles fuse with the plasma membrane and release their transmitter content into the synaptic cleft, where the transmitter interacts with receptors mostly at the postsynaptic site. The quantity of neurotransmitter released per vesicle, which does not allways saturate all postsynaptic receptors influences the postsynaptic response. Furthermore the probability of exocytotic events and the number and density of postsynaptic recepors are essential, too. Since vesicular quanta depend on transport and storage of neurotransmitter the accumulation of serotonin inside the vesicle by the transporter VMAT2 was the aim of this work. Main storage pools of serotonin are the CNS and the platelets. Heterotrimeric G-proteins are involved in the regulation of monoamine storage into the vesicles. The VMAT2 is differently regulated by G(alpha)o2 and G(alpha)q in CNS and platelets, respectively. In the first part of this study the influence of the electrochemical gradient (DµH+) on the VMAT2 activity was determined.There are no differences between wildtype- and G(alpha)O2-/-- mice concerning the VMAT2 activity. Furthermore it was verified that through the determination of synthesizing and degrading enzymes of monoamines and the expression of the VMAT2 in G(alpha)o2-/--mice the intra- and extravesicular neurotransmitter concentration is strict regulated. In the second part it was pointed out that the VMAT2 is complexly regulated with respect to intracellular signal transduction molecules. For the first time it was shown that the second messengers cAMP and cGMP have different effects on vesicles of CNS and platelets. Beside this different regulation the phospholipase C might be an important effector in both systems. The modulation of VMAT2 activity through heterotrimeric G proteins and their affiliated downstream signals are important for a fast reuptake of the cytosolic toxic monoamines into the vesicle and hence connects the regulated signal transmission and the viability of the cell.