Regulation der Morphintoleranz durch alternatives Spleißen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schulz
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232884658

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Morphin ist bis heute eines der wirksamsten Arzneimittel zur Behandlung starker Schmerzzustände. Der klinische Nutzen von Morphin und anderer Opioidanalgetika bei der Behandlung chronischer Schmerzen wird jedoch durch die rasche Entwicklung von Toleranz und Abhängigkeit limitiert. Morphin vermittelt alle seine pharmakologischen Wirkungen über den G-Protein-gekoppelten µ-Opioid-Rezeptor (MOR). Phosphorylierung ist ein wichtiger Mechanismus zur Regulation G-Protein-gekoppelter Rezeptoren (GPCRs) hauptsächlich durch Veränderung ihrer Fähigkeit, mit verschiedenen intrazellulären Partnern zu interagieren. Die agonist-induzierte Phosphorylierung von GPCRs wird durch eine Familie von G-Proteingekoppelten Rezeptorkinasen (GRKs) vermittelt, welche spezifisch den aktivierten Zustand dieser Rezeptoren erkennen. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass die agonist-induzierte Phosphorylierung von MOR in einer konservierten 10-Aminosäure-Sequenz, 370TREHPSTANT379, im C-Terminus des Rezeptors stattfindet. Morphin induziert eine selektive Phosphorylierung des Serin375 (S375) in der Mitte dieser Sequenz, welche vorwiegend durch GRK5 katalysiert wird. Im Unterschied dazu induzieren hoch-potente Opioide wie DAMGO oder Fentanyl nicht nur die Phosphorylierung von S375 sondern auch von den flankierenden Resten Threonin370 (T370), Threonin376 (T376) und Threonin379 (T379). Für diese hierarchische Phosphorylierungskaskade sind spezifisch GRK2 und GRK3 Isoformen erforderlich. Wir konnten zeigen weiterhin, dass die GRK2/3-vermittelte Phosphorylierung für die schnelle Desensitisierung des MOR verantwortlich ist, während GRK5 ein essentielles Element bei der Enstehung der Opioid-Abhängigkeit ist. Weiterhin haben wir mit HA-MOR ein neues Mausmodell entwickelt, welches uns erlaubte zu zeigen ,dass mögliche alternative Spleißvarianten der MOR von untergeordneter physiologischer Bedeutung sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2013) Differentiation of opioid drug effects by hierarchical multi-site phosphorylation. Mol Pharmacol 83, 633-639
  Just, S., Illing, S., Trester-Zedlitz, M., Lau, E. K., Kotowski, S. J., Miess, E., Mann, A., Doll, C., Trinidad, J. C., Burlingame, A. L., von Zastrow, M., and Schulz, S.
  
• (2014) Heterologous regulation of agonistindependent mu-opioid receptor phosphorylation by protein kinase C. Br J Pharmacol 171, 1330-1340
  Illing, S., Mann, A., and Schulz, S.
  
• (2014) Loss of morphine reward and dependence in mice lacking G protein-coupled receptor kinase 5. Biol Psychiatry 76, 767-774
  Gluck, L., Loktev, A., Mouledous, L., Mollereau, C., Law, P. Y., and Schulz, S.
  
• (2015) Role of Phosphorylation Sites in Desensitization of mu-Opioid Receptor. Mol Pharmacol 88, 825-835
  Yousuf, A., Miess, E., Sianati, S., Du, Y. P., Schulz, S., and Christie, M. J.
  
• (2017) Emerging Paradigms of G Protein-Coupled Receptor Dephosphorylation. Trends Pharmacol Sci 38, 621-636
  Kliewer, A., Reinscheid, R. K., and Schulz, S.
  
• (2018) Multisite phosphorylation is required for sustained interaction with GRKs and arrestins during rapid mu-opioid receptor desensitization. Sci Signal 11
  Miess, E., Gondin, A. B., Yousuf, A., Steinborn, R., Mosslein, N., Yang, Y., Goldner, M., Ruland, J. G., Bunemann, M., Krasel, C., Christie, M. J., Halls, M. L., Schulz, S., and Canals, M.