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Warum Wirkstoffe Rezeptoren manchmal potenzieren statt hemmen

Ruhr-Universität Bochum am 01.10.20

Manche besonders zielgenauen Wirkstoffe entfalten in Nervenzellen einen unerwünschten Effekt. Sie vermindern nicht nur die Aktivierung bestimmter Rezeptoren, sondern auch deren Abschaltung.

Um bestimmte Gehirnkrankheiten gezielter und nebenwirkungsärmer zu behandeln, setzt die Forschung auf Medikamente, die ausschließlich bestimmte Subtypen von Rezeptoren für den Botenstoff Glutamat hemmen. Doch unter einigen Bedingungen entfalten solche Wirkstoffe eine gegenteilige Wirkung. Statt der gewünschten Hemmung der Rezeptoren wird ihre Aktivität potenziert. Über diese unerwarteten Effekte und ihre Gründe berichten Prof. Dr. Andreas Reiner und Stefan Pollok aus der Nachwuchsgruppe Zelluläre Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) im Journal PNAS vom 30. September 2020.

Gesucht: zielgenauere Wirkstoffe

Glutamat ist der am häufigsten genutzte Botenstoff des Gehirns, um erregende Signale weiterzugeben. Die Rezeptoren für diesen Botenstoff sind ein vielversprechender Ansatzpunkt für die Entwicklung von Medikamenten, denn sie sind an vielen krankhaften Prozessen beteiligt. So spielen sie zum Beispiel eine Rolle bei Epilepsien, psychischen Störungen, Schlaganfall oder Hirntumoren. „In diesen Fällen wäre es wünschenswert, die Aktivität der Glutamatrezeptoren zu verringern“, erklärt Andreas Reiner. Für diesen Zweck wurden sogenannte Antagonisten entwickelt: Wirkstoffe, die die Aktivierung der Glutamatrezeptoren hemmen. Viele dieser Antagonisten hemmen allerdings alle Subtypen der Glutamatrezeptoren und führen damit zu unerwünschten Effekten und zahlreichen Nebenwirkungen. Um dieses Problem zu umgehen, wird derzeit verstärkt nach Wirkstoffen gesucht, die nur an bestimmte Subtypen binden.

Wirkung der Substanzen direkt messen

In der aktuellen Arbeit untersuchten die Forscher die Wirkung solcher Antagonisten im Detail für ausgewählte Subtypen. Dazu verwendeten sie kultivierte Zellen, die nur einzelne Rezeptorsubtypen oder bestimmte Kombinationen enthalten. Mithilfe einer speziellen Applikationstechnik und elektrophysiologischer Messungen konnten die Forscher die schnelle Aktivierung der Glutamatrezeptoren, so wie sie an Synapsen im Gehirn erfolgt, nachbilden und damit den Einfluss der Antagonisten direkt messen.

Potenzierung statt Hemmung

„Dabei haben wir eine überraschende Beobachtung gemacht“, berichtet Stefan Pollok. „Für bestimmte Rezeptorkombinationen kam es zwar wie erwartet zu einer Reduktion der Aktvierung. Gleichzeitig wurde aber der natürliche Abschaltvorgang vermindert oder sogar ganz außer Kraft gesetzt.“ Im Ergebnis zeigte sich eine länger anhaltende und insgesamt stärkere Antwort als ohne den Antagonisten. Statt der gewünschten Hemmung war ein potenzierender Effekt zu beobachten.

In weiteren Experimenten konnte das Team die molekularen Mechanismen dieses Verhaltens genauer klären: Der potenzierende Effekt ist immer dann zu beobachten, wenn die Antagonisten an Rezeptoren binden, die aus verschiedenen Untereinheiten bestehen, und dabei nur auf einen Teil dieser Untereinheiten wirken. „Solche sogenannten heteromeren Rezeptoren sind aber gerade für die Signalleitung im Zentralnervensystem von großer Bedeutung“, erklärt Andreas Reiner. Die Erkenntnisse sind damit zum einen für Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschaftler bedeutsam, die selektive Antagonisten zunehmend nutzen, um die Funktion der verschiedenen Rezeptorsubtypen zu entschlüsseln. Zum anderen dürfte die Studie auch die Entwicklung neuer Therapeutika beeinflussen. „Wir haben neue Einblicke in die Funktionsweise dieser faszinierenden Rezeptorklasse gewonnen“, so Andreas Reiner. Künftig will er auch die Wirkung weiterer Wirkstoffklassen untersuchen.

Förderung

Die Forschungsarbeiten wurden durch das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des NRW-Rückkehrprogramms gefördert.

Originalveröffentlichung

Stefan Pollok, Andreas Reiner: Subunit-selective iGluR antagonists can potentiate heteromeric receptor responses by blocking desensitization, in: PNAS, 2020, DOI: 10.1073/pnas.2007471117, https://www.pnas.org/content/early/2020/09/29/2007471117

Gesundheitsforschung Gehirn & Nerven

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