Rezeptorfunktion der Membrananker von Mammalia Adenylatcyclasen?

Abstract

Der universelle intrazelluläre second messenger, cyclisches 3‘,5‘-Adenosinmonophosphat (cAMP), wird durch die Enzymgruppe der Adenylatcyclasen (ACn) gebildet. In Mammalia liegen neun von zehn Adenylatcyclase (AC) Isoformen als membrangebundene Proteine vor. Die Regulation dieser Enzyme aufgrund extrazellulärer Signale erfolgt indirekt über eigenständige Transmembranrezeptoren, i.d.R. G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). In der Vergangenheit wurde für den Membrananker der ACn, der bis zu 40 % des Proteins umfasst, trotz einer evolutionären Konservierung von mehr als 400 Millionen Jahren, bisher keine eindeutige physiologische Funktion identifiziert. Des Weiteren zeigen die hexahelikalen Membrandomänen der ACn eine strukturelle Ähnlichkeit zu hexahelikalen Rezeptordomänen bakterieller Quorum sensing (QS) Systeme. Dies deutet auf eine bisher unbekannte physiologische Funktion des Membranankers der ACn hin. Der Austausch eines bakteriellen AC-Membranankers durch die Rezeptordomäne des QS Systems zeigte eine Stimulierung der Aktivität der entstandenen Chimäre durch den Liganden und bestätigt die Übertragung eines extrazellulären Signals auf die intrazelluläre katalytische Domäne. Ein zusätzlicher stark konservierter Sequenzabschnitt der ACn, das Cyclase-Transducer-Element (CTE), ist für die erfolgreiche Signalübermittlung essenziell. Dies lässt eine Rezeptorfunktion für bisher unbekannte Liganden vermuten. Der Austausch beider hexahelikaler Membrananker der humanen AC (hAC) Isoform 2 ergab eine Regulation der Gsα induzierten Stimulation durch den QS-Liganden.

Hier zeige ich, dass sowohl Humanes Serum (HS) als auch Fötales Rinderserum (FBS) die Gsα-stimulierte Mammalia AC-Aktivität konzentrationsabhängig hemmt. Dies bestätigt i) die erfolgreiche Signaltransduktion und ii) suggeriert die Existenz bisher unbekannter AC-Liganden im Serum. Für die Charakterisierung der Liganden wurde das Serum auf unterschiedliche Stoffklassen untersucht. Verschieden aufgearbeitetes Rinderserum zeigte, dass Bestandteile des Immunsystems als mögliche Liganden nicht in Frage kommen. Eine chromatographische Auftrennung der Serumproteine und die anschließende Proteomanalyse deutete einige Proteine als potenzielle Liganden an. Eine Regulierung der AC-Aktivität durch diese Proteine blieb auch in Gegenwart von Gsα aus und zeigte, dass die Liganden keine Proteine sind. Die Extraktion des Serums mit polaren Lösungsmitteln bei saurem pH überführte die hemmenden Komponenten in die organische Phase. Dies favorisiert stark saure Lipide als Liganden.

Die zukünftige Identifizierung von Lipiden als extrazelluläre Liganden der ACn würde eine Rezeptorfunktion der hAC Membrananker bestätigen. Damit eröffnet sich eine neue Dimension der Regulation von ACn und der Bildung des universellen second messengers cAMP, sowie der damit verbundenen Stoffwechselwege.