Die Rolle der Extrazellulärdomäne beim agonistenabhängigen und agonistenunabhängigen Aktivierungsprozess des LH-Rezeptors

Der Lutropin/Choriongonadotropin-Rezeptor (LHR) sowie die übrigen Glykoproteinhormon-Rezeptoren, Thyreotropin-Rezeptor (TSHR) und Follitropin-Rezeptor (FSHR), stellen Vertreter der rhodopsinähnlichen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren dar. Glykoproteinhormon-Rezeptoren spielen eine entscheidende Rolle bei Wachstum und Funktion der Gonaden sowie der Schilddrüse. Genetische Veränderungen in diesen Rezeptoren können die Ursache für endokrinologische Erkrankungen wie z. B. Pubertas praecox oder Leydigzell-Hypoplasie darstellen. Um Strategien zur Behandlung dieser Erkrankungen entwickeln zu können, ist ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen der Aktivierung dieser Rezeptoren essentiell. In der vorliegenden Arbeit ist die Rolle der Extrazellulärdomäne (EZD) innerhalb des Aktivierungsprozesses des LHR untersucht worden. Hierfür sind LHR mit Hilfe gentechnischer Methoden verändert und in einem heterologen Expressionssystem hinsichtlich ihres Zelloberflächen-„Targeting“ und ihrer Signaltransduktionseigenschaften untersucht worden. Die funktionelle Analyse von N-terminal modifizierten LHR ergab, dass die EZD, entgegen Berichten zum nahe verwandten TSHR, nicht als intramolekularer inverser Agonist auf die Transmembrandomäne (TMD) wirkt, sondern vielmehr einen Beitrag zu einem aktiven Rezeptorzustand des LHR leistet. Das Entfernen oder Verkürzen der EZD resultiert in Rezeptoren, die im Vergleich zum Wildtyp LHR eine erniedrigte basale Rezeptoraktivität aufweisen. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass die meisten natürlich vorkommenden TMD-Mutationen, die beim Wildtyp LHR eine deutlich erhöhte Rezeptoraktivität hervorrufen, in LHR ohne EZD nicht aktiv sind. Weitere Versuche zeigten, dass die EZD des LHR nicht ausreichend durch die EZD anderer Glykoproteinhormon-Rezeptoren funktionell ersetzt werden kann. Nach Austausch der arteigenen EZD gegen die EZD des TSHR konnten natürlich vorkommende, in der TMD des LHR lokalisierte, aktivierende Mutationen nicht ihre volle Wirkung entfalten und in den meisten Fällen keinen ausgeprägten aktiven Rezeptorzustand hervorrufen. Die EZD des nahe verwandten TSHR scheint entweder als inverser Agonist auf die LHR-TMD zu wirken oder ist aufgrund von Unterschieden in der Aminosäuresequenz zur LHR-EZD nicht in der Lage, eine aktive LHR-Konformation, die für aktivierende Mutationen empfänglich ist, zu unterstützen. Über Ligand-Rezeptor-Fusionsproteine konnte gezeigt werden, dass eine intakte LHR EZD für eine ligandenvermittelte Rezeptoraktivität zwingend notwendig ist und dass das Hormon per se keine Rezeptoraktivierung induzieren kann. Weitere Versuchsergebnisse bestätigten die Hypothese, dass die LHR-EZD – und speziell die LRR-Domäne – intakt sein muss, damit die EZD eine durch das Hormon oder Mutationen hervorgerufene aktive Rezeptorkonformation unterstützen kann. Die vorliegende Arbeit liefert neue Erkenntnisse bezüglich der Rolle der EZD innerhalb des Aktivierungsprozesses von Glykoproteinhormon-Rezeptoren. Anhand der Untersuchungen zu dieser Arbeit kann gezeigt werden, dass die EZD nicht ausschließlich für die Bindung des Hormons verantwortlich ist, sondern darüber hinaus einen erheblichen Beitrag zur Induktion eines aktiven Rezeptorzustandes leistet. Des Weiteren liefert die Arbeit Erkenntnisse dafür, dass die EZD und die TMD entgegen der vorherrschenden Meinung keine strukturell und funktionell unabhängigen Rezeptorbausteine darstellen. In der Regel muss innerhalb des Aktivierungsprozesses eine Wechselwirkung von der EZD mit der G-Protein-koppelnden TMD erfolgen