Rhodopsin ist der Photorezeptor der Stäbchenzellen in der Retina von Vertebraten und wird als Prototyp für die gesamte Gruppe der GPCRs beforscht. Trifft ein Photon auf das Protein, so wird der über eine Schiffbase kovalent gebundene Chromophor von seiner 11-cis- in die All-trans-Konfiguration isomerisiert und setzt infolgedessen den Aktivierungsprozess in Gang. Dieser mündet in der aktiven Rezeptorkonformation, die das G-Protein Transducin aktivieren kann und dadurch eine Kaskade weiterer Aktivierungsschritten einleitet, die letztlich ein Nervensignal verursachen. Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der späten Aktivierungsschritte und ihrer Ursache-Wirkungs-Beziehungen. Zu diesem Zweck wurden Blitzlichtphotolyse, Elektronenspinresonanz (EPR) mit Spinlabeling (SDSL), UV/vis-Spektroskopie, FTIR-Spektroskopie und Fluoreszenzspektroskopie angewandt. Kinetische Messungen wurden unter identischen Bedingungen durchgeführt, um die Abfolge der mit den unterschiedlichen Techniken zugänglichen Aktivierungsschritte aufzuklären. Nach der Bildung des absorptionsspektroskopisch definierten Meta-II-Zustands bewegt sich die Helix TM6 in einem späteren Schritt als ganzes nach außen und markiert damit den Übergang von Meta-IIa zu Meta-IIb. Dadurch wird die bis dahin in der Membran verborgene D(E)RY-Region für das Umgebungsmedium zugänglich und nimmt ohne Zeitverzögerung ein Proton auf, wodurch der Meta-IIb*H+-Zustand gebildet wird. Die verfügbaren Daten sprechen dafür, dass das D(E)RY-Motiv bei der Aktivierung des Transducins sowohl die Alpha- als auch die Gamma-Untereinheit desselben bindet. Die Bindung von zu Transducin-Abschnitten analogen Peptiden kann dann erfolgen, wenn die Helix TM6 im nach außen bewegten Zustand ist, und führt zur Abgabe von bis zu zwei Protonen vom aktivierten Rhodopsin. Sowohl das D(E)RY- und das NPxxY(x)5,6F-Motiv als auch die beiden Zustände Meta-IIb und Meta-IIb*H+ könnten relevant für den sequenziellen Transducin-Aktivierungsmechanismus sein. / Rhodopsin is the photoreceptor in the rod cells of the vertebrate retina. It is considered as a prototype of the whole group of GPCRs. Upon absorption of a photon the chromophore, which is covalently bound through a Schiff base, is isomerized from its 11-cis into the all-trans configuration. This initiates the activation process and finally results in the active receptor conformation which is capable of activating the G protein transducin and thereby triggers a cascade of further activation steps which finally cause a nerve signal. The aim of this work was the clarification of the late activation steps and their cause-and-effect chain. For this purpose flash photolysis, electron paramagnetic resonance (EPR) with spin labeling (SDSL), UV/vis spectroscopy, FTIR spectroscopy and fluorescence spectroscopy were applied. Kinetic measurements were executed under identical conditions in order to elucidate the sequence of activation steps, which are accessible with the different techniques. After formation of the spectroscopically defined Meta-II state helix TM6 moves outward as a rigid body, thereby marking the transition from Meta-IIa to Meta-IIb. Therefore the D(E)RY region, which is until then buried in the membrane, gets accessible to the surrounding solution. It consequently takes up a proton without delay, thus forming the Meta-IIb*H+ state. Available data argue for the D(E)RY motif binding both the Alpha and the Gamma subunit of transducin during activation of the latter. The binding of peptides which are analogous to sections of transducin is possible when helix TM6 is in the outward position. It causes the release of up to two protons from the activated rhodopsin. Both the D(E)RY motif and the NPxxY(x)5,6F motif as well as both the states Meta-IIb and Meta-IIb*H+ are potentially relevant for the sequential transducin activation mechanism.

Die Aufgabe des Proteins Arrestin ist die Beendigung der Signalweitergabe über den GPCR Signalweg. In Stäbchenzellen bindet Arrestin an Licht-aktiviertes phosphoriliertes Rhodopsin um die Signalweitergabe zu unterdrücken. Die Bindung von Arrestin an Rhodopsin erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wechselwirkt Arrestin mit dem phosphorilierten C-Terminus von Rhodopsin und bildet einen prä-Komplex, dies induziert Konformationsänderungen im Arrestin wodurch die Bildung eines High-affinity Komplex unter Kopplung an den helikalen Kern des aktivierten Rezeptors erfolgen kann. Biochemische Untersuchungen und Kristallstrukturen haben einen Einblick in die Konformation des Komplexes aus Arrestin und Rhodopsin ermöglicht. In dieser Arbeit werden site-directed Fluorezenz Experimente angewandt um die strukturellen Änderungen zu untersuchen, die bei der Bindung von Arrestin an Rhodopsin ablaufen und der nterschiedlichen Bindungsmodi innerhalb der Wechselwirkung zwischen Arrestin und Rhodopsin. Insbesondere wird hier eine, bisher nicht beschriebene, Assoziation von Arrestin an die Membran untersucht. Des Weiteren wurden Erkenntnisse über die Struktur des prä-Komplexes gewonnen. Die Konformation vom Arrestin im prä-Komplex scheint die Konformation im Basalzustand nachzubilden unter Beteiligung zweier Kontaktstellen: Interaktion mit dem phosphorilierten C-Terminus des Rezeptors und Assoziation mit der Membran. Beim Übergang in den High-affinity Komplex durchläuft Arrestin eine Konformationsänderung in eine aktivere Konformation: der C-Terminus wird verdrängt, es erfolgt eine Neuausrichtung der zentralen flexiblen Schleifen und die Orientierung des Membranankers ändert sich. Die Aufgabe des prä-Komplexes ist somit Arrestin und den Rezeptor zusammen zu bringen sowie die korrekte Orientierung sicherzustellen um einen schnellen Übergang in den High-affinity Komplex zu ermöglichen. / The protein arrestin is responsible for termination of GPCR signalling. In the rod cell, arrestin binds light-activated phosphorylated rhodopsin in order to block further signal transduction. The binding of arrestin to rhodopsin is a two-step process. Arrestin first interacts with the phosphorylated receptor C-terminus in a pre-complex, which induces conformational changes in arrestin that allow coupling to the helical core of the active receptor in a high-affinity complex. Biochemical studies and crystal structures have provided insights into the conformation of the arrestin-rhodopsin complex. This dissertation describes site-directed fluorescence experiments, which were carried out to further investigate the conformational changes occurring upon arrestin binding to rhodopsin and the nature of different binding modes of the arrestin-rhodopsin interaction. In particular this involved characterization of a previously unidentified association of arrestin with the membrane, as well as further elucidation of the structure of the pre-complex. The conformation of arrestin in the pre-complex is indicated to resemble that of the basal state of arrestin, and involves two sites of contact: interaction with the phosphorylated receptor C-terminus, and association with the membrane. Upon transition to the high-affinity complex, arrestin undergoes a conformational change to a more active conformation: the auto-inhibitory C-tail is displaced, there is movement within the central flexible loops, and the orientation of the membrane anchor changes. The pre-complex therefore most likely functions to bring arrestin and the receptor into close contact, and in the correct orientation, to allow for fast transition to the high-affinity complex.

Publikationen die in letzter Zeit veröffentlicht wurden zeigten den G Protein-gekoppelte Rezeptor 30 (Gpr30) als neuer potenzieller Östrogen Rezeptor. Dieser Befund wird kontrovers diskutiert, zudem wurde die physiologische Funktion von Gpr30 bisher noch nicht vollständig geklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erforschung der Rolle von Gpr30 in vivo. In einer primären und sekundären Untersuchung wurde eine phänotypische Charakterisierung einer Gpr30-defizienten Mauslinie vorgenommen. Diese Mauslinie wurde generiert, indem eine beta-Galactosidase-Neomycin Vektorkassette in den open reading frame des Gpr30 Gens eingesetzt wurde. Im Rahmen der primären Untersuchung zeigte die immunologische Analyse eine Reduzierung der T-Zellen sowohl bei den männlichen als auch bei den weiblichen mutanten Mäusen. In einer Thymus-Genexpressionanalyse konnten einige Gene identifiziert werden, die möglicherweise in der Regulation der Anzahl an T-Zellen involviert waren. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde eine Erhöhung der Kalzium-vermittelten T-Zellen Apoptose hypothetisiert. Gegenstand der sekundären Untersuchung war die Bestimmung eines möglichen metabolischen und kardiovaskulären Phänotyps, da Gpr30 überwiegend in den Blutgefäßen verschiedener Organe, sowie in der Pankreas und im Magen exprimiert ist. Zu diesem Zweck wurden die Mäuse einer Hochfettdiät unterzogen und es wurden metabolische sowie hemodynamische Tests durchgeführt. Um den Phänotyp dieser ersten Mauslinie zu bestätigen, wurde eine zweite Mauslinie ohne Selektionsmarker generiert. Insgesamt tragen die Ergebnisse der vorliegenden Studie zu einem besseren Verständnis der Funktion von Gpr30 in vivo bei. Eine Rolle des Rezeptors bezüglich der Regulation des Körpergewichts konnte widerlegt werden, während ein Einfluss auf den Lipid- und Muskelstoffwechsel angenommen werden kann. Zudem wurde gefunden, dass Gpr30 für einige Östrogen-regulierende, physiologische Prozesse nicht erforderlich ist. / Recent studies identified the G protein-coupled receptor 30 (Gpr30) as a potential new estrogen receptor. However, these findings remain still controversial and the physiological role of Gpr30 has not been clarified yet. In order to decipher the role of Gpr30 in vivo, we investigated the phenotype of a Gpr30 mutant mouse line, generated by the insertion of a beta-galactosidase-neomycin cassette into the Gpr30 open reading frame, in a primary and a secondary screen. The primary screen revealed a decrease of T cell levels in both male and female mutants. Thymus gene expression analysis allowed to detect some of the genes potentially involved in regulating T cell levels in these mice. On this basis a hypothesis of an increase in T cell calcium-mediated apoptosis was formulated. The secondary screen aimed at unraveling a potential metabolic and cardiovascular phenotype, being Gpr30 mainly expressed in the vasculature of several organs, as well as in the pancreas and in the chief gastric cells of the stomach. Therefore, mice were challenged with a defined high fat diet, and metabolic and hemodynamic tests were performed. To confirm the phenotype achieved in this first mouse line, a second one, devoid of any selection marker, was analyzed. Altogether the results achieved may contribute to a better understanding of Gpr30 function in vivo, disproving a role of Gpr30 in body weight regulation, suggesting a role in lipid and muscular metabolism, and providing evidence that Gpr30 may not be required for several estrogen-regulated physiological processes.

Die Regulation der Nahrungsaufnahme erfolgt zentral im Hypothalamus wo eine Vielzahl von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren exprimiert werden die an der Gewichtsregulation beteiligt sind. Periphere hormonelle Signale aktivieren ihre korrespondierenden Rezeptoren im Nucleus arcuatus (ARC) oder im Nucleus paraventricularis (PVN) und modifizieren dadurch sowohl das anorexigene System, z.B. über die Stimulation des Melanocortin-4-Rezeptors (MC4R) im PVN, als auch das orexigene System mit dem Neuropeptide Y (NPY) sowie dem Agouti-related Protein (AgRP). Im Zuge einer systematischen Interaktionsstudie wurden verschiedene GPCRs, die entweder mit dem MC3R oder dem MC4R auf dem gleichen Neuron koexprimiert werden und nachweißlich die Appetit- und Gewichtregulation beeinflussen, untersucht. Basierend auf den Ergebnissen von Sandwich-ELISA und FRET- (Fluoreszenz-Energie-Transfer)Studien konnte eine Interaktion des MC3R mit dem Growth hormone secretagogues Rezeptor (GHSR) bestimmt werden, die beide auf den NPY/AgRP-Neuronen des ARC lokalisiert sind. Der MC3R gehört zu den Gαs bindenden Rezeptoren wohingegen GHSR über den Gαq vermittelten Signaltransduktionsweg signalisiert. Es konnte eine Erhöhung der induzierten cAMP-Spiegel infolge der Stimulation des MC3R sowohl mit α-, als auch β- und γ-MSH für die Koexpression von MC3R mit GHSR im Vergleich zum MC3R Homodimer ermittelt werden. Die Charakterisierung des neuen Signalisierungsverhaltens des Heterodimers unter der Verwendung verschiedener Inhibitoren zeigte eine Aktivierung von Gαi in Gegenwart der endogenen Agonisten beider Rezeptoren. Die Beobachtung unterschiedlicher Regulationsmuster nach der Kostimulation des Heterodimers in Abhängigkeit von α- oder γ-MSH jeweils in Anwesenheit von Ghrelin verweist auf komplexe Interaktionsmechanismen zwischen dem Melanocortin- und dem Ghrelin-Rezeptor innerhalb der hypothalamischen Gewichtsregulation. / Food intake is centrally regulated in hypothalamic nuclei where many GPCRs are expressed which are known to be involved in weight regulation.Peripheral hormonal signals activate their corresponding receptors in the arcuate nucleus (ARC) or paraventricular nucleus (PVN) and modulate the orexigenic (appetite-supressing) pathway mediated by stimulation of the melanocortin-4-receptor (MC4R) as well as the anorexigenic (appetite-stimulating) pathway including neuropeptide Y (NPY) and agouti-related protein (AgRP). In a systematic approach we investigated the interaction of a selective number of GPCRs which are co-expressed on the same neurons like MC3R or MC4R and know to play an essential role in hypothalamic weight regulation. Based on the results of a sandwich ELISA and fluorescence resonance energy transfer (FRET) approach we report the interaction of the MC3R and the growth hormone secretagogue receptor (GHSR) which are co-expressed on arcuate NPY/AgRP neurons. It is known that MC3R couple to the Gαs whereas GHSR couple to the Gαq signaling pathway. However, here the co-expression of MC3R and GHSR reveal a profoundly increase cAMP-accumulation after melanocortin (α-, β- and γ-MSH) challenge, that is higher compared to MC3R activation alone. In-depth characterization of the new signaling properties of the MC3R/GHSR heterodimer by different inhibitors revealed the activation of Gαi in the presents of both endogene agonists. The observation of different regulatory pattern after co-stimulation of the heterodimer depending on the endogenouse ligands (α- or γ-MSH) of MC3R reflect complex functional interaction mechanisms between melanocortin and ghrelin receptors within the hypothalamic signaling pathways of weight regulation.

Das aus dem Apoprotein Opsin und dem kovalent gebundenen Liganden bestehende Rhodopsin dient als Modellsystem für den Aktivierungsmechanismus der größten Klasse von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). Infolge einer photochemischen Reaktion vollführt Rhodopsin eine Bewegungsabfolge von Sekundärstrukturelementen, wodurch es aktiviert wird, das G-Protein bindet und den Stimulus auf zellinterne Signalwege überträgt. Mithilfe der ortsspezifischen Mutagenese wurden Mutanten des bovinen Rhodopsins erzeugt, in eine künstliche Lipidumgebung eingelagert und hauptsächlich mittels FTIR-Spektroskopie untersucht. Anhand der Y191F- und Y192F-Mutanten konnte die Translokation des transienten Gegenions der Schiffschen Base Glu181 während der Aktivierung bestimmt werden. Die Interaktionen des Tyr206 sind für die gekoppelte Bewegung von EL2 und TM5 mitbestimmend, was mittels Y206F-Mutante gezeigt wurde. Eine Anhäufung von Methioninen auf der cytoplasmatischen Seite des Rezeptors ist u.a. für das Ausklappen der TM6 zuständig. Diese Bewegung ist wichtige Determinante der Rezeptoraktivierung. Hierfür wurden insgesamt fünf Mutanten verwendet. Im zweiten, hauptsächlichen Teil der Arbeit wird das bislang kaum untersuchte humane Rhodopsin mit dem bovinen Rezeptor verglichen. Ausgehend von verschiedenen Dunkelzuständen, konnte gezeigt werden, dass die Aktivierungsmechanismen beider Rezeptoren voneinander divergieren, um letztlich bei der Bildung der aktiven Spezies wieder zu konvergieren. Über die Analyse der Aminosäuresequenzen der Mammalia-Rhodopsine wurden zwei Bereiche hoher Variabilität identifiziert, die u.a. die molekulare Ursache für diese Diskrepanzen liefern. Diese Feststellung wurde mit human-bovinen-Rhodopsinchimären bewiesen. Ergänzend zu dieser Studie wurde Schafsrhodopsin einem Vergleich sowohl mit bovinem als auch mit humanem Rezeptor unterzogen. Es zeigte, als eine weitere natürlich vorkommende Variante des Lichtrezeptors, einen eigenständigen Weg der Aktivierung. / Rhodopsin, which consists of the apoprotein opsin and its covalently bound ligand, is used as a model system to understand the activation mechanism of the large family of G protein coupled receptors (GPCRs). As a result of a photochemical reaction, rhodopsin undergoes activating structural changes, enabling it to bind the G protein and transmitting the stimulus to intracellular signaling pathways. In the first part of this work, site-directed mutants of bovine rhodopsin were produced, incorporated into an artificial lipid environment, and studied mainly by FTIR spectroscopy. The translocation of the transient Schiff base counterion (Glu181) during the activation process was determined using the Y191F- and Y192F-mutants. The interactions of Tyr206 contributed to the coupled movement of EL2 and TM5, which was shown by Y206F-mutant. A striking accumulation of methionines on the cytoplasmic side of the receptor was observed to be a key-player for the activating outward motion of TM6. In the second and primary part of this work, human rhodopsin, which has been rarely studied, was compared with the bovine receptor. Starting from various dark states, it was shown that the activation mechanisms of both receptors diverge from each other and yet ultimately converge in the formation of the active species. By analyzing the amino acid sequences of mammalian rhodopsins, two regions of high variability were identified, which provide the molecular basis for these discrepancies. This finding was verified by the investigation of human/bovine rhodopsin chimeras. In addition to this study, ovine rhodopsin was compared with both the bovine and human forms. It showed, as another naturally occurring variant of the light receptor, an independent pathway of activation.

In der vorliegenden Arbeit wurden die molekularen Grundlagen für die Agonistspezifität des G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR34 untersucht. Mittels verschiedener funktioneller Versuche konnte an ausgewählten Orthologen des Rezeptors gezeigt werden, dass, im Gegensatz zu publizierten Daten, Lysophosphatidylserin (Lyso-PS) nicht der natürliche Agonist des GPR34 ist. Lediglich an einigen cyprinoiden Subtypen des GPR34 hat Lyso-PS surrogat-agonistische Effekte. Anhand eines detaillierten evolutionären Vergleichs von Orthologen konnten Bereiche des Rezeptors ermittelt werden, welche an der Ligandenbindung, und damit an der Agonistspezifität des GPR34 beteiligt sind. Durch Übertragung dieser Bereiche vom Karpfen-GPR34-Subtyp 2a auf den humanen GPR34 konnte dieser zu einem Lyso-PS-sensitiven Rezeptor modelliert werden. Weiterhin wurde Aminoethyl-Carbamoyl-ATP (EDA-ATP) als inverser Agonist an cyprinoiden Orthologen des GPR34 identifiziert. Die Erweiterung des möglichen Ligandenspektrums von Lipiden zu Nukleotidderivaten gibt Hinweise auf die Promiskuität der Bindungsstelle des GPR34. Die Ergebnisse zeigen, dass Lyso-PS nur eine zufällige Aktivität an einigen Orthologen des GPR34 hat. Mit Identifizierung eines Nichtlipides als invers-agonistischen Liganden ist die Suche nach dem natürlichen Liganden des GPR34 noch nicht abgeschlossen und sollte auf weitere chemische Entitäten ausgeweitet werden. / Lyso-PS (lyso-phosphatidylserine) has been shown to activate the G(i/o)-protein-coupled receptor GPR34. Since in vitro and in vivo studies provided controversial results in assigning lyso-PS as the endogenous agonist for GPR34, we investigated the evolutionary conservation of agonist specificity in more detail. Except for some fish GPR34 subtypes, lyso-PS has no or very weak agonistic activity at most vertebrate GPR34 orthologues investigated. Using chimaeras we identified single positions in the second extracellular loop and the transmembrane helix 5 of carp subtype 2a that, if transferred to the human orthologue, enabled lyso-PS to activate the human GPR34. Significant improvement of agonist efficacy by changing only a few positions strongly argues against the hypothesis that nature optimized GPR34 as the receptor for lyso-PS. Phylogenetic analysis revealed several positions in some fish GPR34 orthologues which are under positive selection. These structural changes may indicate functional specification of these orthologues which can explain the species- and subtype-specific pharmacology of lyso-PS. Furthermore, we identified aminoethyl-carbamoyl ATP as an antagonist of carp GPR34, indicating ligand promiscuity with non-lipid compounds. The results of the present study suggest that lyso-PS has only a random agonistic activity at some GPR34 orthologues and the search for the endogenous agonist should consider additional chemical entities.

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Die phosphorylierungsabhängige Bindung von Arrestin an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) ist ein weit verbreiteter Mechanismus, um aktive Rezeptoren zu inhibieren. Für die Bindung von Arrestin an lichtaktiviertes, phosphoryliertes Rhodopsin (pRho), einem GPCR, der sich in der Diskmembran der Stäbchenzellen der Netzhaut befindet, ist in Lipidmembranen die Phosphorylierung von 2 der insgesamt 7 Phosphorylierungsstellen im Rezeptor-C-Terminus nötig, wohingegen 3 Phosphate das Arrestin quantitativ aktivieren. Welchen Einfluss höhere Phosphorylierungsniveaus auf die Rezeptor-Arrestin-Interaktion haben, ist bisher ungeklärt. In dieser Arbeit wurde daher eine Methode zur quantitativen Bestimmung der Rhodopsin-Phosphorylierung etabliert, die unterschiedlich pRho-Spezies präparativ getrennt und mit den isolierten pRho-Spezies verschiedene Parameter der Rezeptor-Arrestin-Interaktion, wie z.B. die Bindungsstöchiometrie der resultierenden pRho-Arrestin-Komplexe, untersucht. Für die Charakterisierung der Arrestinbindung wurden Titrationen mit 3 verschiedenen fluoreszenzmarkierten Arrestinmutanten und pRho in gemischten Phospholidipd/Detergens-Mizellen durchgeführt. Die in dieser Arbeit gewonnenen Daten zeigen, dass der Phosphorylierungsgrad von Rhodopsin neben der Affinität von Arrestin auch die Bindungsstöchiometrie beeinflusst. So haben die Komplexe bei geringem Phosphorylierungsgrad eine 2 : 1 (pRho : Arrestin) Stöchiometrie, während bei einem sehr hohen Phosphorylierungsgrad bevorzugt 1 : 1 pRho-Arrestin-Komplexe gebildet werden. Zudem weisen ein unterschiedliches Elutionsverhalten bei der säulenchromatographischen Trennung und Abweichungen in der pRho-Arrestin-Stöchiometrie verschiedener pRho-Präparationen mit ähnlicher Gesamtanzahl an Phosphaten auf einen zusätzlichen Einfluss unterschiedlicher Phosphorylierungsmuster hin. Insgesamt deuten die Daten auf eine komplexe Beziehung zwischen dem Phosphorylierungsgrad der Rezeptoren und dem Arrestin-Bindungsmodus hin. / The phosphorylation-dependent binding of arrestin to G protein-coupled receptors (GPCRs) is a widely used mechanism to inhibit active receptors. In lipid membranes, the binding of arrestin to light-activated, phosphorylated rhodopsin (pRho), a GPCR located in the disc membranes of retinal rod cells, requires the phosphorylation of 2 of the 7 phosphorylation sites in the receptor C-terminus, whereas 3 phosphates are required to completely activate arrestin. The influence of higher phosphorylation levels on the receptor/arrestin interaction is still unclear. In this thesis, a method for the quantitative determination of rhodopsin phosphorylation was established, rhodopsin species with varying degrees of phosphorylation were separated preparatively and different parameters of the receptor/arrestin interaction, such as the binding stoichiometry of the resulting pRho/arrestin complexes, were investigated for each isolated pRho species. For the characterization of arrestin binding, titrations with 3 different fluorescently labeled arrestin mutants and pRho in mixed phospholipid/detergent micelles were performed. The data obtained in this work show that the phosphorylation level of rhodopsin influences the binding stoichiometry in addition to the affinity of arrestin binding to rhodopsin. Thus, complexes with a low level of phosphorylation have a 2 : 1 (pRho : arrestin) stoichiometry, whereas 1 : 1 pRho/arrestin complexes are preferably formed at a very high degree of phosphorylation. In addition, a different elution behaviour during chromatographic separation and variances in the pRho/arrestin stoichiometry of different pRho preparations with similar overall number of phosphates indicate an additional influence of distinct phosphorylation patterns. Overall, the data indicate a complex relationship between receptor phosphorylation level and arrestin binding mode.

No description available.

Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von Cytochrom P450 (CYP)-produzierten Eicosanoiden auf das Pumpen des Pharynx im Nematoden Caenorhabditis elegans und deren funktionellen Vernetzung mit dem Wirken von Neurohormonen. Bei der Erforschung der CYP-Eicosanoid-Signalübertragung konzentrierte sich diese Arbeit hauptsächlich auf die Identifizierung und Charakterisierung von Schlüsselkomponenten, welche an der Regulation der pharyngalen Aktivität des Wurms beteiligt sind, insbesondere Regio- und Stereometaboliten von EPA und AA, Neurohormone (Serotonin und Octopamin) sowie relevante GPCR. Zunächst wurde der Einfluss einer Kurzzeitbehandlung mit CYP-Eicosanoiden und Neurohormonen auf die Bildung von freien CYP-Eicosanoiden im Wildtyp und in verschiedenen Mutantenstämmen analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass 17,18-EEQ die stimulierende Wirkung von Serotonin zeigt, während 20-HETE mit der hemmenden Wirkung von Octopamin überlappt. Darüber hinaus erhöhte Serotonin den freien 17,18-EEQ-Spiegel, während Octopamin selektiv die Synthese von Hydroxymetaboliten induzierte. Zweitens wurde die Stereodiskriminierung von 17,18-EEQ getestet, um das wirksame Enantiomer in der stimulierenden Funktion auf die Pharynxmuskelzellen zu identifizieren. Es wurde festgestellt, dass nur 17(R),18(S)-EEQ Beeinträchtigungen des pharyngalen Pumpens beheben konnte. Darüber hinaus wurden drei Mutantenstämme, die in verschiedenen Serotonin-GPCRs defekt sind, ser-1(ok345), ser-7(tm1325) und ser-7(tm1325)ser-1(ok345), ausgewählt, um zu entschlüsseln, welcher Rezeptor am CYP-Eicosanoid-Signaltransduktionsweg beteiligt sein könnte. Tatsächlich scheint SER-7 für die 17-18-EEQ-Effekte auf die Regulierung der pharyngalen Pumpaktivität von C. elegans erforderlich zu sein. Drittens wurde mit der Identifizierung eines GPCR des vorgeschlagenen Signaltransduktionsweges stromabwärts der CYP-Eicosanoid-Produktion begonnen. NMUR-2 wurde als potenzielles Kandidaten-GPCR-Gen ausgewählt. / This thesis investigated the effects of cytochrome P450 (CYP)-produced eicosanoids on the pharyngeal pumping in the nematode Caenorhabditis elegans and their cross-link with neurohormones. Within the framework of exploring CYP-eicosanoid signaling in C. elegans this work mainly focused on identifying and characterizing key components involved in worm’s pharyngeal activity, in particular regio- and stereoisomeric metabolites of EPA (eicosapentaenoic acid, 20:5 n-3) and AA (arachidonic acid, 20:4 n-6), neurohormones, (serotonin and octopamine) as well as the involvement of relevant GPCR (G protein-coupled receptors). Firstly, the impact of short-term treatment with CYP-eicosanoids and neurohormones on CYP-eicosanoid formation in wildtype and different mutant strains was analyzed. The results showed that 17,18-EEQ (17,18-epoxyeicosatetraenoic acid) mimics the stimulatory effect of serotonin while 20-HETE (20-hydroxeicosatetraenoic acid) overlapped with the inhibitory effect of octopamine. Moreover, serotonin increased free 17,18- EEQ levels, whereas octopamine selectively induced the synthesis of hydroxy-metabolites. Secondly, stereo-discrimination of 17,18-EEQ was tested to identify the effective enantiomer in the stimulatory function on pharyngeal muscle cells. Only 17(R),18(S)-EEQ was found to rescue impairments of pharyngeal pumping. Moreover, three mutant strains defective in different serotonin GPCRs, ser-1(ok345), ser-7(tm1325) and ser-7(tm1325) ser-1(ok345), were selected to decipher which receptor might be involved in the CYP-eicosanoid signaling transduction pathway. In fact, SER-7 seems to be required for the 17-18-EEQ effects on regulation of pharyngeal pumping activity in C. elegans. Third, the identification of a GPCR of the proposed signal transduction pathway down-stream of CYP-eicosanoid production was started. NMUR-2 was selected as a potential candidate GPCR gene.