Trafficking und Signaling von Opioidrezeptor-Heterodimeren

Für viele G-protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) wurde gezeigt, dass sie dimerisieren/oligomerisieren. In einigen Fällen ist die Oligomerisierung dieser Rezeptoren wichtig für die korrekte Funktion des Rezeptors, z.B. für GABAB Rezeptoren (Pin et al., 2004), metabotrope Glutamatrezeptoren (Kniazeff et al., 2004), Geschmacksrezeptoren (Nelson et al., 2002) und Rhodopsin (Filipek et al., 2004), welches in der Retina heterodimere/oligomere Strukturen ausbildet (Fotiadis et al., 2004). In anderen Fällen spielt Oligomerisierung eher eine modulierende Rolle: bei Opiodrezeptoren verändert Dimerisierung die Eigenheiten von Liganden und beeinflusst das "Trafficking", wie in Zellkultursystemen (Jordan and Devi, 1999; George et al., 2000) und in vivo (He et al., 2002) gezeigt wurde. Der Phänotyp von Opioidrezeptor Knock-out Mäusen deutet darauf hin, dass die Heterodimerisierung dieser Rezeptoren Auswirkungen auf deren Funktion hat (Zhu et al., 1999). Einige Subtypen von Rezeptoren wurden beschrieben, die sich in ihrer Pharmakologie unterscheiden, obwohl für jeden einzelnen Rezeptor nur eine Gen identifiziert wurde. Obwohl dafür mehrere Erklärungen in Frage kommen, erscheint die Möglichkeit am wahrscheinlichsten, dass die Heterodimerisierung von Opiodrezeptoren deren Pharmakologie verändert und dadurch einzigartige Rezeptorsubtypen produziert. Unsere Annahmen sind wie folgt: (i) Opioidrezeptoren haben in vivo ganz bestimmte pharmakologische Eigenschaften, die man in heterologen Expressionssystemen nicht beobachtet, wenn nur ein einzelner Rezeptor exprimiert wird. Das lässt darauf schliessen, dass die Rezeptoren auf irgendeine Art modifiziert werden; (ii) Opioidrezeptoren könnten als einzigartige Angriffspunkte für Substanzen fungieren, die selektiv an Heterodimere binden. Eine gewebespezifische Expression dieser `Targets` würde unsere Hypothese unterstützen, nämlich dass Heterodimere in vivo relevant sind; (iii) Das `Trafficking` von Opioidrezeptoren ist essentiell für die Wirkung von Opioiden am Rezeptor. Wie Heterodimerisierung die Endocytose und und das `post-endocytic sorting` beeinflusst, ist unbekannt. Wir werden eine Kombination aus in vitro-Techniken anwenden, um diese Fragestellung zu beantworten. Als erstes Forschungsziel haben wir uns gesetzt, zu untersuchen, ob Heterodimerisierung einzigartige Komplexe von Opioidrezeptoren erzeugt und ob Opioidrezeptor-Subtypen eine Folge der Dimerisierung sind. Zweitens, wollen wir prüfen, ob das `Trafficking` von Opioidrezeptoren durch Heterodimerisierung beeinflusst wird, wobei dies endocytotisch oder post- endocytotisch geschehen kann. Ich bin überzeugt, dass das Labor von Dr. Whistler der ideale Ort ist, um diese Fragen zu beforschen. Dr. Whistler und ihre Mitarbeiter haben hierfür eine Vielzahl an Methoden entwickelt, u.a. Zellinien und `Knock-out` Mäuse. Damit können wir feststellen, ob Opiodrezeptoren Heterodimere bilden, ob dadurch die Signaltransduktion und das `Trafficking` der Rezeptoren beeinflusst wird; ob und wie sie durch Drogenkonsum verändert werden, und wie damit Abhängigkeit und Toleranz von Opiaten erklärt werden können. Ausserdem ist es denkbar, dass bestimmte Heterodimere gewebespezifisch, geschlechtsspezifisch oder sogar krankheitsspezifisch (e.g. chronisches Schmerzsyndom) exprimiert werden.