Regulation der Opioidtoleranz durch agonist-selektive Phosphorylierung endogener µ-Opioid-Rezeptoren in vivo

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schulz
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 25617079

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 mu-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-Protein-gekoppelten 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. Unsere Vorarbeiten 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. Ziel des vorliegenden Projektantrags ist es, 1) die agonist-selektive Phosphorylierung des MOR in vivo mit Hilfe einer neuen HAMOR knockin Maus im Detail zu analysieren, 2) die Funktion der C-terminalen Phosphorylierung an der Entwicklung der Opioid-Toleranz in phosphorylierungs-defizienten MOR knockin Mäusen aufzuklären, 3) die Rolle von GRK5 bei der Entwicklung der Opioid-Abhängigkeit mit Hilfe einer neuen GRK5-KD (GRK5 ohne Kinaseaktivität) knockin Maus näher zu charakterisieren, und 4) den Beitrag der heterologen PKC-vermittelten MOR Phosphorylierung an der Morphintoleranz zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen