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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-82320
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8232/


Albarran Juarez, Julian Alberto

Subtype-specific signal transduction of neuronal adrenoceptors

Subtyp-spezifische Signaltransduktion neuronaler Adrenozeptoren

Dokument1.pdf (31.611 KB) (md5sum: 1a9a2a1a6b5e4671ebe32ca5ffd7c655)

Kurzfassung in Englisch

Alpha2-adrenoceptors are prototypical Galphai protein-coupled receptors involved in the regulation of a wide number of physiological functions in the nervous system and in other organs. Nevertheless, detailed knowledge about specific brain regions, types of neurons and intracellular signaling events regulated by the Alpha2-adrenoceptors has only been partially acquired.

The present study consisted of three distinct parts to determine specific signaling events involved in adrenoceptor functions. The first part focused on identifying subunit-specific differences in intracellular signaling of alpha2-adrenoceptors using gene-targeted mice deficient in single Galphai isoforms (Galphai1, Galphai2 and Galphai3). The anesthetic sparing and sedative effects elicited by the alpha2-agonists medetomidine and UK14304 required functional Galphai2 isoforms in vivo and were thus reduced or absent, respectively, in mice lacking Galphai2. In contrast, bradycardia, hypotension, inhibition of neurotransmitter release, induction of sleep, antinociception, and hypothermia induced by alpha2-adrenoceptor activation did not differ between wild-type and individual Galphai-deficient mice.

In order to achieve conditional activation of alpha2A-adrenoceptors in specific cell types in vivo, a novel transgenic mouse line was generated by placing a loxP-STOP-loxP cassette between the promoter and the coding region of the alpha2A-adrenoceptor gene in a bacterial artificial chromosome. Cre-loxP recombination of the targeting construct was verified in vitro using an aequorin luminescence calcium assay. Eleven transgenic founder mice were generated by pronuclear injection.

The third part of this research focused on adrenergic signaling in chromaffin cells of the adrenal gland. Expression of Pten (phosphatase and tensin homolog), which is known to mediate antihypertrophic actions in various cell types, was strongly down-regulated in the murine adrenal medulla after chronic cardiac pressure overload. Therefore the role of Pten in adrenal medulla hypertrophy was evaluated in heterozygous Pten+/- mice. After eight weeks of cardiac pressure overload, Pten+/- mice exhibited significantly higher levels of adrenal hypertrophy as compared to wild-type animals.

These results suggest that:
i) the anesthetic sparing and sedative effects of alpha2-agonists, may be elicited by a specific coupling of alpha2A-adrenoceptors via the Galphai2 isoform to intracellular pathways, especially at low levels of receptor activation,
ii) the generated mouse line will help to provide more insight into the pharmacological functions elicited by alpha2A-adrenoceptors in specific neuronal networks, and
iii) activation of Pten may represent a new mechanism to attenuate adrenal hypertrophy after cardiac pressure overload.


Kurzfassung in Deutsch

Alpha2-Adrenozeptoren sind Prototyp-Galphai gekoppelte Rezeptoren und vermitteln diverse physiologische Funktionen im zentralen Nervensystem und anderen Organen. Die beteiligten Hirnregionen, assoziierten Neurone sowie die intrazelluläre Signaltransduktion sind zu großen Teilen noch unbekannt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden drei Aspekte der Funktion von alpha2-Adrenozeptoren näher untersucht. Im ersten Teil wurde die Rolle der verschiedenen G-Protein Galphai-Isoformen (Galphai1, Galphai2, Galphai3) an Gen-defizienten Mäusen untersucht. Es zeigte sich, dass in Galphai2-defizienten Tieren die sedative Wirkung von Medetomidin und UK14304 fehlte und die Potenzierung der Wirkung inhalativer Anästhetika durch diese Substanzen eingeschränkt war. Diese Wirkungen der alpha2-Adrenozeptoren erfordern somit eine funktionelle Galphai2-Isoform. Im Gegensatz dazu waren die alpha2-Adrenozeptor-abhängige Bradykardie, Hypotension, Inhibierung der Neurotransmitterfreisetzung, Schlafinduktion, Antinozizeption und Hypothermie von einer Deletion individueller Galphai-Isoformen nicht beeinträchtigt.

Ein weiteres Ziel war die Generierung eines neuen Mausmodells, das in vivo eine konditionelle Aktivierung der Expression von alpha2A-Adrenozeptoren in spezifischen Zelltypen ermöglicht. Für die Generierung dieses transgenen Modells wurde eine loxP-STOP-loxP Kassette zwischen Promotor und kodierende Sequenz des alpha2A-Adrenozeptors in einem bakteriellen artifiziellen Chromosom kloniert. Dieses Konstrukt wurde zunächst in vitro mittels eines Äquorin-Lumineszenz-Tests überprüft. Anschließend konnten elf transgene Mäuse mittels Pronukleus-Injektion generiert werden.

Der dritte Teil der Arbeit fokussierte sich auf die adrenerge Signaltransduktion in chromaffinen Zellen des Nebennierenmarks. In diesem Gewebe war die Expression des antihypertroph wirkenden Phosphatase und Tensinhomologs (Pten) in Folge einer chronischen Drucküberlastung des Herzens supprimiert. Bei Mäusen verursachte eine heterozygote Deletion des Pten-Gens im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen eine signifikant stärkere Hypertrophie der Nebenniere in Folge einer achtwöchigen kardialen Drucküberlastung.

Diese Ergebnisse zeigen,
I) dass die von alpha2-Agonisten ausgelöste Sedierung und Steigerung der Wirksamkeit inhalativer Anästhetika die spezifische Aktivierung durch alpha2A-Adrenozeptoren und nachgeschaltete G-Protein Galphai2-Untereinheiten vermittelt wird,
II) dass das generierte transgene Mausmodell helfen wird, die Beteiligung neuronaler Netzwerke an den pharmakologischen Effekten von alpha2A-Adrenozeptoren aufzuklären und
III) dass die Aktivierung von Pten einen neuartigen Ansatz zur Hemmung einer Nebennierenhypertrophie bei chronischer Drucküberlastung des Herzens darstellt.


SWD-Schlagwörter: Anästhetikum
Freie Schlagwörter (deutsch): Adrenozeptoren , Mausmodells , Hypertrophie
Freie Schlagwörter (englisch): Alpha2-adrenoceptors , transgenic , sedation , hypertrophy
Institut: Inst. für Pharmakologie und Toxikologie
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Medizin und Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Hein, Lutz (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.08.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 25.08.2011
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