Untersuchung der Rolle der Dimerisierung des Melanocortin-4-Rezeptors auf die Aktivierung der Gq/11 Signalisierung

Abstract

Einleitung: Die Prävalenz von Adipositas ist über die letzten Jahre hinweg kontinuierlich gestiegen, sowohl unter den Erwachsenen als auch unter Kindern. Aufgrund der häufig damit assoziierten Komorbiditäten und einer infolge dieser erniedrigten Lebenserwartung, stellt diese Entwicklung ein ernst zu nehmendes Problem unserer Gesellschaft dar. Der Melanocortin-4-Rezeptor (MC4R) ist Teil des Leptin-Melanocortin Signalwegs und spielt eine wichtige Rolle in der Aufrechterhaltung unserer Energiehomöostase. Mutationen in diesem Rezeptor sind ursächlich für monogen verursachter Adipositas. Diese Gegebenheit macht den MC4R zu einem wichtigen Angriffspunkt in der Adipositas-Forschung und Therapie. In früheren Studien konnte unsere Arbeits-gruppe zeigen, dass der MC4R Homodimere bildet, und die Homodimer-Bildung Ein-fluss auf die Gs Signalisierungseigenschaften des Rezeptors hat. Aktuelle Studien le-gen nahe, dass, in Hinblick auf den MC4R vor allem der Gq/11 Signalweg eine ent-scheidende Rolle in der Gewichtsregulation spielt. In dieser Studie wurde daher der Einfluss, den eine MC4R Dimer-Separierung auf den Gq/11 Signalweg hat, untersucht. Methoden: Die Auswirkungen einer MC4R Dimer-Separierung wurde mithilfe von MC4R/CB1R chimären Rezeptoren untersucht. Die Chimäre wurden erstellt, indem einzelne Stellen innerhalb der Aminosäuresequenz, die potentiell für die MC4R Di-mer-Bildung relevant sind, mit Sequenzen aus dem CB1R ausgetauscht wurden. Die Experimente wurden alle in HEK293 Zellen durchgeführt. NanoBRETTM Assays wur-den zur Bestimmung der Homodimer-Bildung eingesetzt. Mithilfe von Luciferase-Reportergen-Assays (nuclear factor of activated T cells, NFAT) wurde das Gq/11 Signalisierungsverhalten der Rezeptoren untersucht. Im Anschluss wurden Teile dieser Experimente unter Zugabe von Pertussistoxin wiederholt, um den Einfluss anderer Signalkaskaden auszuschließen. Ergebnisse: Wir konnten in dieser Studie zeigen, dass das Homodimerisierungsverhalten des MC4R Einfluss auf dessen Gq/11 Signalisierung hat. Wird der Rezeptor bei seiner Dimer-Bildung gestört, hat dies vor allem einen Effekt in Hinblick auf die EC50. Es kommt zu einer Verschiebung hin zu niedrigeren EC50 Werten und damit zu einer verbesserten Signalisierung. Fazit: Diese Ergebnisse liefern einen möglichen Ansatzpunkt, um die MC4R Dimer-Separierung therapeutisch einzusetzen. Hier würden in erster Linie Substanzen in Frage kommen, welche die MC4R Dimer-Bildung unterbinden. Es sind weitere Expe-rimente notwendig, um die gewonnenen Erkenntnisse in Zukunft auch in der Praxis einsetzen zu können.

Introduction: Prevalence of obesity has continued to rise among adults and adolescents during the last decades. Due to obesity related comorbidities and associated lower life expectancy, it has become an urgent priority for health care to address this development. The melanocortin 4 receptor (MC4R) is part of the Leptin-Melanocortin pathway and is an important player, when it comes to regulating our energy intake and expenditure. Mutations in this receptor are among the most frequent monogenetic causes for obesity, therefore making the MC4R an interesting target when striving to find solutions for the obesity development. In recent studies we showed, that the MC4R can form homodimers and that this behavior can have an effect on its Gs signaling capacities. Studies that are up to date suggest, that when discussing the receptors weight regulating abilities, the Gq/11 cascade is of higher relevance than the Gs pathway. In this study we therefore analyzed the effect MC4R Dimer separation has on its Gq/11 signaling capacities. Materials and methods: The effect of homodimer separation was investigated using MC4R/CB1R chimeras. These chimeric receptors contain certain interchanges, with the cannabinoid 1 receptor (CB1R), within their amino acid sequence that are important for dimer formation. The experiments were conducted in HEK293 cells. Nano-BRETTM assays were conducted to determine receptor-receptor interaction. Luciferase-based reporter gene assays (nuclear factor of activated T cells, NFAT) were conducted to quantify the effect of dimer separation on Gq/11 signaling capacities. Subsequent to regular NFAT assays pertussistoxin was added to the experimental setting in order to determine, if other cascades interfered with the measurement results. Results: In this study we were able to show, that MC4R homodimerization has an effect on the receptors Gq/11 signaling capacities. When dimer formation is inhibited, it especially effected the EC50, shifting it towards lower values which means that receptor signaling is enhanced. Conclusion: These findings provide an interesting starting point in finding ways to target the MC4R, in order to treat obesity. Further experiments are needed to transfer this knowledge into practice for the future.