Relaxin

Das Peptidhormon Relaxin ist seit langem als zentrales Schwangerschaftshormon bekannt, welches vor allem perinatale Effekte wie die Weitung des Geburtskanals (Fevold et al., 1930; Graham und Dracy, 1953), Unterdrückung der muskulären Aktivität des Uterus (Krantz et al., 1950) und Wachstum und Differenzierung der Brustdrüse (Hamolsky und Sparrow, 1945) vermittelt. Lange wurde Relaxin nur als Reproduktionshormon angesehen, bis ab 1980 viele interessante neue Aspekte dieses Peptids entdeckt wurden, unter anderem seine Wirkungen auf den Gefäßtonus (St. Louis und Massicotte, 1985; Vasilenko et al., 1986; Bigazzi et al., 1986; Bani-Sacchi et al., 1995; Bani et al., 2001), die renale Funktion (Danielson et al., 1999; Novak et al., 2001) und die Kollagenbilanz des Bindegewebes (Unemori et al., 1993; Garber et al., 2001; Palejwala et al., 2001).

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mögliche Interaktionen zwischen Relaxin und Glukokortikoidrezeptoren untersucht. Einen Anstoß für diese Überlegungen gaben Befunde, die eine antiasthmatische (Bani et al., 1997), antiallergische (Masini et al., 1994) und immunmodulierende (Piccinni et al., 2000) Wirkung von Relaxin nahe legten. Hierzu zählen auch Untersuchungen, nach denen Relaxin ein wichtiger Induktor der maternalen Immuntoleranz gegenüber dem Fetus während der Schwangerschaft ist (Sunder und Lenton, 2000; Seppala et al., 2001).

Die Entdeckung des Hormons Relaxin

Im Jahre 1926 injizierte Frederick Hisaw (Hisaw, 1926) Serum trächtiger Meerschweinchen und Kaninchen in nicht-schwangere weibliche Meerschweinchen. Er stellte fest, dass sich bei den mit Serum behandelten Meerschweinchen der Symphysenspalt weitete. 1930 konnte Fevold (Fevold et al., 1930) aus Hisaws Arbeitsgruppe denselben Effekt beobachten, wenn er lediglich einen einfachen wässrigen Extrakt aus Schweinegelbkörpern verwendete. Fevold gab dem vermuteten neuen Hormon den Namen „Relaxin“.

In den folgenden Jahrzehnten konnten die Erkenntnisse über den Effekt des Relaxins in der Schwangerschaft durch Tierversuche vertieft werden. Es wurde festgestellt, dass Relaxin das Wachstum der Brustdrüse fördert (Hamolsky und Sparrow, 1945), die spontane Kontraktion des Myometriums hemmt (Krantz et al., 1950) und den Gebärmutterhals wachsen und weicher werden lässt (Graham und Dracy, 1953). Zusammenfassend hat Relaxin also eine geburtsvorbereitende Wirkung.

Bis in die frühen achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts wurde hauptsächlich mit Schweinerelaxin gearbeitet, da in den Schlachthäusern große Mengen an Ovarien von schwangeren Säuen anfielen.

Durch Fortschritte in der Biotechnologie konnte Schweinerelaxin 1977 sequenziert und 1981 die cDNA kloniert werden (Sherwood, 1994). 1991 wurde die kristalline Struktur von humanem Relaxin identifiziert (Sherwood, 1994).

Struktur

Das humane Relaxin ist ein ca. 6300 Da großes, aus zwei Ketten bestehendes Peptidhormon. Es zeigt strukturelle Ähnlichkeit zum Insulin (Blundel und Humbel, 1980); wie bei diesem sind die beiden Peptidketten A und B über zwei Disulfidbrücken verbunden (siehe Abbildung 1). Zusätzlich gibt es eine ketteninterne Disulfidbrücke in der A-Kette (Schwabe et al., 1978) (siehe Abbildung 2). Wenn man Relaxine verschiedener Spezies vergleicht, sind ihre Sequenzen zu 40-70% homolog. Die Disulfidbrücken finden sich jedoch nahezu immer an den gleichen Positionen, so dass vermutet werden kann, dass alle Relaxine ähnliche Tertiärstrukturen haben (Bryant-Greenwood und Schwabe, 1994; Bullesbach und Schwabe, 1994).

Abbildung 1: Kristallstruktur des porcinen Relaxin-A-B-Heterodimers mit Darstellung der Disulfidbrücken (modifiziert nach Ivell R und Einspanier, 2002).

Synthese

Relaxin wird, wie auch Insulin, in einer Präkursor-Form synthetisiert. Das sogenannte Präpro-Relaxin wird durch Abspaltung des Signalpeptides in Pro-Relaxin überführt.

Pro-Relaxin besitzt eine mit dem reifen Relaxin vergleichbare Bioaktivität und übt bereits eine Wirkung auf Zellen aus, bevor es zu Relaxin prozessiert wird (Bryant-Greenwood und Schwabe, 1994).

Aus der Physiologie des Insulins schlussfolgernd wird vermutet, dass die Prohormon-Konvertasen PC-1 und/ oder PC-2 durch Entfernung des C-Peptides das reife Relaxin erzeugen. Bisher gibt es allerdings nur einen In-vitro-Befund (Marriott et al., 1992), der eine endoproteolytische Aktivität von PC-1 beim Relaxin beschreibt.

Abbildung 2: Schematische Darstellung des Präpro-Relaxins mit Disulfidbrücken inklusive der Positionen der A- und B- Domäne, des Verbindungspeptides (C-Domäne) und des Signalpeptides (modifiziert nach Ivell R und Einspanier, 2002).

Zirkulierende Relaxin-Spiegel

In der humanen Schwangerschaft finden sich charakteristische Veränderungen des Hormonspiegels: sein Maximum liegt zwischen der 10. und der 12. Woche bei ca. 1 ng/ ml; danach kommt es zum Abfall der Konzentration bis auf 400 pg/ ml in der 24. Woche. Nachfolgend bleibt der Plasmaspiegel bis zur Geburt annähernd konstant (Sherwood, 1994).

Bei nicht-schwangeren, menstruierenden Frauen kommt es zu einer leichten Erhöhung (ca. 50 pg/ ml) gegen Ende des Zyklus, hauptsächlich durch Produktion von Relaxin im Corpus luteum (Stewart et al., 1990).

Gen-Isoformen

Es sind drei humane Relaxingene bekannt: H1, H2 und H3. H1 und H2 liegen in unmittelbarer Nachbarschaft auf Chromosom 9 (9p24) (Hudson et al., 1983; Hudson et al., 1984), H3 hingegen befindet sich auf Chromosom 19 (19p13.3) (Bathgate et al., 2001).

Es wird davon ausgegangen, dass H2 die einzige zirkulierende Form von Relaxin im Plasma ist (Bani, 1997a). Allerdings gibt es bisher noch keine spezifischen Antikörper für die Isoformen des Relaxins. Die Hauptquellen der Sekretion von H2 sind die weiblichen Reproduktionsorgane – Corpus luteum, Endometrium, Dezidua, Plazenta, Trophoblast und die Brustdrüse (Hudson et al., 1984; Gunnersen et al., 1996; Tashima et al., 1994; Bigazzi et al., 1980; Sakbun et al., 1990; Fields et al., 1992) – sowie die Prostata (Essig et al., 1982; Winslow et al., 1990).

Da man mit wenig sensitiven Methoden wie dem Northern Blot keine H1-Genexpression nachweisen konnte, wurde die These aufgestellt, dass H1 ein Pseudogen sei (Hudson et al., 1983). Durch die Entwicklung sensitiverer Untersuchungsmöglichkeiten wie die der RT-PCR konnte aber eine mRNA-Synthese in Brustdrüse (Tashima et al., 1994) und Prostata (Gunnersen et al., 1996; Hansell et al., 1991) festgestellt werden.

Über die Expression des erst vor kurzem gefundenen H3 gibt es kaum Erkenntnisse. Bathgate et al. konnten in Versuchen mit Ratten für das dem H3 entsprechende M3 vor allem eine Expression im Gehirn zeigen (Bathgate et al., 2001).

Neue Befunde belegen eine H1- und H2-mRNA-Synthese auch im Myokard und in arteriellen sowie venösen Gefäßen (Dschietzig et al., 2001).

Signaltransduktion

Wie schon seit längerem bekannt ist, wirkt Relaxin durch Stimulation der Adenylatzyklase (AC) mit folgender Erhöhung des zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP)-Spiegels in der Zelle (Sanborn et al., 1980).

Im Jahre 2002 wurden zwei zellmembranständige „orphan receptors“ (rezeptorartige Strukturen für die noch kein Ligand entdeckt ist), LGR7 und LGR8, identifiziert, die durch Relaxin aktiviert werden (Hsu et al., 2002). LGR7-8 sind leucinreiche repetitive Sequenzen enthaltende G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR). Aus früheren Untersuchungen ist bereits bekannt, dass sowohl Tyrosinkinase-Inhibitoren (Bartsch et al., 2001a) als auch MAP-Kinase-Inhibitoren (Zhang et al., 2002) den cAMP-Anstieg blocken können. Bartsch et al. (2001a) vermuteten eine Aktivierung der Tyrosinkinase durch Phosphorylierung, welche zu einer Hemmung der Phosphodiesterase mit konsekutiver Verstärkung des cAMP-Anstiegs führt.

Die zweite große Signalachse des Relaxins ist die Erhöhung der Stickstoffmonoxid (NO)-Konzentration mit nachfolgendem Anstieg des zyklischen Guanosinmonophosphates (cGMP) (Failli et al., 2001). Dieses wird zelltypabhängig über eine Erhöhung der Aktivität unterschiedlicher Stickstoffmonoxid-Synthasen (NOS) erreicht (Übersicht in Dschietzig und Stangl, 2002).

Biologische Effekte Prä- und Perinatale Effekte

Seinen Namen erhielt Relaxin für die Induktion der auffälligen Längenzunahme des Ligamentum pubicum beim Meerschweinchen (Fevold et al., 1930). Zusätzlich führt es zu einer Vergrößerung und Erweichung des Zervix (Graham und Dracy, 1953). Diese, die Geburt erleichternden Faktoren, werden durch Veränderungen der extrazellulären Matrix (ECM) (Palejwala et al., 2001) erzielt, auf die später noch eingegangen wird.

Weiterhin scheint Relaxin beim Menschen eine Rolle bei der Implantation des Embryos zu spielen. Darauf deutet der die Differenzierung von endothelialen Stroma-Zellen auslösende Effekt des Hormons hin (Telgmann und Gellersen, 1998). Diese so genannte Dezidualisierung ist ein notwendiger Vorgang für die Einnistung der Blastozyste. Unterstützend wurde in Studien festgestellt, dass der Relaxin-Spiegel bei Frauen, die in der Frühphase einen Abort erleiden mussten, deutlich verändert war (Stewart et al., 1993) und die Granulosa-Zell-Produktion von Relaxin nach In-vitro-Fertilisation ein Marker für eine erfolgreiche Implantation ist (Stewart und VandeVoort, 1999). Die Unterdrückung spontaner Kontraktionen des Uterus scheint beim Menschen, im Gegensatz zu vielen anderen Spezies, kein ausgeprägter Effekt des Relaxins zu sein (Bryant-Greenwood und Schwabe, 1994; MacLennan et al., 1986; MacLennan und Grant P., 1991; Petersen et al., 1991; MacLennan et al., 1995).

Der wachstums- und differenzierungsfördernde Effekt (Hamolsky und Sparrow, 1945; Bani et al., 1985; Bani et al., 1986; Bianchi et al., 1986) auf die Brüstdrüse konnte schon früh bei Ratten nachgewiesen werden. Ausgehend von Immunreaktivität für Relaxin in humanem Brustgewebe ergaben In-vitro-Befunde mit der humanen Mammakarzinom-Zelllinie MCF-7 einen differenzierungsfördernden und wachstumshemmenden Effekt (Bani et al., 1995a; Bigazzi et al., 1992; Bani, 1997b) des Relaxins.

Bindegewebe:

Relaxin hat einen kollagenabbauenden Effekt. In verschieden Tiermodellen unterdrückte es Organfibrosen, z.B. die Lungenfibrose unter Bleomycin bei Mäusen (Unemori et al., 1993) und die durch Bromethylamin induzierte interstitielle renale Fibrose bei Ratten (Garber et al., 2001). In vitro-Experimente an humanen Uterus-Fibroblasten zeigten eine erhöhte Expression der Matrix-Metallo-Proteasen (MMP)-1, -3 und -9 sowie eine Abnahme der Inhibitoren TIMP-1 und -2 (Palejwala et al., 2001; Ivell R und Einspanier, 2002). Die MMP als Endoproteasen können die extrazelluläre Matrix degradieren und somit zu einer Auflockerung des Bindegewebes führen. Diese Wirkung des Relaxins macht es interessant für die Behandlung der Sklerodermie. Letztere ist durch eine bindegewebige Verhärtung (Sklerose) der Haut und Fibrose einiger innerer Organe wie Ösophagus, Lunge oder Niere gekennzeichnet. Zur Überprüfung eines möglichen therapeutischen Effektes des Relaxins wurden zwei randomisierte, placebokontrollierte Doppelblind-Studien (Seibold et al., 2000; Erikson und Unemori, 2000) durchgeführt. In der Phase 2-Studie (Seibold et al., 2000) wurde u.a. eine signifikante Verringerung der Hautdickenzunahme, eine Verbesserung der Beweglichkeit und der Lungenfunktion nach 24 Wochen festgestellt. Diese Effekte konnten in der darauf folgenden Phase 3-Studie allerdings nicht signifikant bestätigt werden (Erikson und Unemori, 2000).

Gehirn

Im Gehirn gibt es eine beträchtliche Anzahl von Relaxin-Bindungsstellen, insbesondere im Kortex (Osheroff und Phillips, 1991). Relaxin senkt die Sekretion von Oxytocin (O’Byrne et al., 1986) und stimuliert die Vasopressin (ADH)-Ausschüttung (Dayanithi et al., 1987). Die niedrigere Plasma-Osmolarität während der Schwangerschaft ist eine bekannte Auswirkung der erhöhten Relaxin-Spiegel (Weisinger et al., 1993).

Renale und vaskuläre Effekte

Bereits 1985 konnte gezeigt werden, dass die Infusion von Relaxin zu einer deutlichen Abnahme des Blutdrucks bei spontan hypertensiven Ratten führt (St. Louis und Massicotte, 1985). Dem folgten mehrere Befunde über relaxinbedingte Vasodilatation in verschiedenen Gefäßgebieten, z.B. Endometrium (Vasilenko et al., 1986), Mesocaecum (Bigazzi et al., 1986), Koronarien (Bani-Sacchi et al., 1995) und Lebersinusoide (Bani et al., 2001). In einigen dieser Studien (Bani-Sacchi et al., 1995; Bani et al., 2001) wurde gezeigt, dass die Wirkung über eine vermehrte NO-Synthese vermittelt wird. Auch die renale Vasodilatation und glomeruläre Hyperfiltration (Danielson et al., 1999) bei Schwangeren scheinen durch Relaxin induziert zu sein. Die schwangerschaftsinduzierten Effekte verschwanden in einem Rattenmodell nach Entfernung des zirkulierenden Relaxins durch Antikörper oder durch Ovarektomie (Novak et al., 2001).

Relaxin scheint auch einen angiogenen Effekt zu besitzen. Unemori et al. zeigten eine Erhöhung des Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) (Unemori et al., 1999), im speziellen an den Wundrändern (Unemori et al., 2000). Auch die Arbeitsgruppe um Palejwala wies eine Erhöhung des VEGF-Proteinspiegels in humanen endometrialen Zellen nach Relaxin-Stimulation nach (Palejwala et al., 2002). Die nach systemischer Gabe im Rahmen einer Sklerodermie-Studie aufgetretene Hypermenorrhoe (Seibold et al., 2000) könnte als Hinweis auf eine auch in vivo relevante angiogene Wirkung dienen.

Myokardiale Effekte

Relaxin wirkt dosisabhängig positiv chronotrop und inotrop auf Vorhöfe von Rattenherzen (Parry et al., 1990; Kakouris et al., 1992; Ward et al., 1992). Die kräftigere Kontraktion der Vorhöfe scheint durch einen verzögerten Kalium-Ausstrom mit der Folge eines verlängerten Aktionspotentials und eines dadurch vermehrten Kalzium-Einstroms (Piedras-Renteria et al., 1997a; Piedras-Renteria et al., 1997b) bewirkt zu werden.

Auch die endokrine Funktion des Herzens wird beeinflusst; so konnte ein Anstieg des atrialen natriuretischen Hormons (ANP) in isolierten Rattenherzen nachgewiesen werden (Toth et al., 1996). ANP wirkt als Gegenspieler des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems, indem es sowohl natriuretisch wie auch diuretisch wirkt.

Dschietzig et al. zeigten 2001, dass Relaxin ein neuer kompensatorischer Mediator der Herzinsuffizienz ist. Die Plasmaspiegel und die myokardiale Expression des Relaxins korrelierten mit dem Schweregrad der Erkrankung und fielen bei erfolgreicher Therapie wieder ab. An isolierten Rattenherzen wurde ein Zusammenhang zwischen Ventrikelfüllungsdruck und Relaxinexpression im Herzen festgestellt (Dschietzig und Stangl, 2002). Als möglicher Mechanismus der vasodilatierenden Wirkung wurde eine vermehrte endotheliale Expression der Endothelin-1 (ET-1)-Rezeptoren vom Typ B festgestellt. Diese antagonisieren durch Freisetzung endothelialer dilatatorischer Mediatoren (NO, Prostazyklin) den kontrahierenden Effekt von Endothelin-1 am an den glattmuskulären ET-A- und ET-B-Rezeptoren und senken ferner durch Internalisierung und konsekutiven Abbau („Clearance“) des Endothelins den ET-1 Spiegel (Dschietzig und Stangl, 2002).

Aufgrund der massiv koronardilatierenden (Bani-Sacchi et al., 1995) und angiogenen (Unemori et al., 1999) Wirkung des Relaxins stellte sich die Frage, ob RLX kardioprotektive Eigenschaften besitzt. Ischämie-Reperfusions-Versuche an Ratten zeigten, dass die Behandlung mit Relaxin die Menge des dauerhaft geschädigten Myokards und die Anzahl der in den Herzmuskel eingewanderten neutrophilen Granulozyten verringert. Ferner nehmen Rhythmusstörungen und Todesfälle ab (Masini et al., 1996; Bani et al., 1998b).

Hämostasis

Einzelne Studien zeigten, dass Relaxin die Plättchenaggregation hemmt (Bani et al., 1995b) und ihre Gesamtzahl durch Hemmung des Zerfalls von Megakaryozyten senkt (Bani et al., 1995c). Diese auf ein antithrombotisches Profil hindeutenden Befunde werden verstärkt eine dosisabhängige Ausschüttung von Gewebe-Plasminogen-Aktivator (tPA) (Too et al, 1984; Qin et al., 1997; Wang-Lee et al., 1998).

Immunologische Effekte

Relaxin reduzierte im Tierversuch mit auf Ovalbumin sensibilisierten Meerschweinchen (Bani et al., 1997) deutlich die asthma-artigen Reaktionen nach Inhalation des Antigens. Zu diesem anti-asthmatischen Effekt passend, konnte in vitro eine Stabilisierung von Mastzellen nachgewiesen werden (Masini et al., 1994). Ebenfalls konnte eine verstärkte Umwandlung von antigenspezifischen T-Zellen in T-Helfer-Zellen vom Typ 1 und eine vermehrte Interferon-γ-Produktion von humanen T-Zell-Klonen festgestellt werden (Piccinni et al., 1999). Außerdem wurde die Entwicklung von allergenreaktiven-T-Helfer-Zellen vom Typ 2 gehemmt. Diese spielen durch Aktivierung von IgE-Antikörper produzierenden B Zellen, Mastzellen, und eosinophilen Granulozyten eine Schlüsselrolle bei der allergischen Entzündung (Piccinni et al., 2000).

Die bereits erwähnte Rolle von Relaxin bei der Implantation des Embryos scheint nicht nur auf der Vorbereitung der Gebärmutterschleimhaut (Dezidualisierung) zu beruhen, sondern auch auf Erhöhung der Immuntoleranz der Schwangeren. Darauf deutet hin, dass in Tierversuchen mit Mäusen gezeigt werden konnte, dass Relaxin die Expression des Glykoproteins Glykodelin steigert (Sunder und Lenton, 2000). Das Glykodelin A endometrialen Ursprungs besitzt immunsuppressive Fähigkeiten (Seppala et al., 2001), so dass ein vorhandener Embryo vor Immunreaktionen des weiblichen Körpers geschützt wird.

Zusammenfassung

Beschränkte sich das Wissen über Relaxin lange Zeit auf seine Rolle in der Schwangerschaft, sind in den letzten Jahren Erkenntnisse über eine Vielzahl neuer Effekte hinzugekommen. Eine kurze Übersicht gibt hierzu zusammenfassend Tabelle 1.

System

Wirkung

Kreislauf

erhöhter renaler Plasmafluss

erhöhte glomeruläre Filtrationsrate

Vasodilatation in vielen Geweben und Organen (z.B. Lunge, Uterus, Brustdrüse)

positiv chronotrop und inotrop

starke Steigerung des koronaren Blutflusses

Beeinflussung des Flüssigkeitshaushaltes durch ADH-Stimulation

Schwangerschaft

Implantation des Embryos

Wachstum und Differenzierung der Brust

Weitung des Geburtskanals durch Umbau der ECM

Immunsystem

anti-asthmatisch

hemmt die Histamin-Ausschüttung aus Mastzellen

sonstiges

unterdrückt die Ansammlung von Thrombozyten und ihren Ausstoß aus Megakaryozyten

stimuliert die Bildung von VEGF

Tabelle 1: Die Wirkungen des Relaxins.

Glukokortikoid-Rezeptor

Sekretion der Glukokortikoide

Die physiologischen Glukokortikoide Kortisol und Kortison werden pulsatil aus der Nebennierenrinde in einem zirkadianen Rhythmus freigesetzt. Die Sekretion von ACTH aus der Hypophyse stimuliert die Synthese der Steroide. Der ACTH-Spiegel wiederum wird durch CRF aus dem Hypothalamus reguliert. CRF und ACTH unterliegen einer Rückwärtshemmung durch Glukokortikoide. Dieser Regelkreis wird auch als Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinde-Achse bezeichnet (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Schema der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinde-Achse

Nach Sekretion aus den Zellen der Zona fasziculata werden Kortisol und seine Derivate im Blut an CBG („cortisol binding globulin“)oder Albumin gebunden transportiert (Übersicht in Riad et al., 2002).

Biologische Effekte von Glukokortikoiden

Glukokortikoide sind zentrale Mediatoren der Stress-Antwort (Sapolsky et al., 2000). Einen Überblick über die antiphlogistischen und immunsuppressiven Wirkungen von Glukokortikoiden gibt Tabelle 2.

Wirkung

Beispiele

Hemmung der Zytokinsynthese

Interleukin 1-6, 8, 11, 12, 16

IFNγ, TNFα

Granulozyten/ Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor

Hemmung der Induktion proinflammatorischer Enzyme

Kollagenase

Phospholipase A2

Zyklooxygenase-2

Hemmung der Expression von Zellinteraktionsmolekülen

Selektine

Interzelluläres Adhäsionsmolekül-1 (ICAM-1)

Hemmung der Ausschüttung von präformierten Mediatoren

Histamin

Beschleunigter Abbau von Mediatoren

Bradykinin

Tachykinine

Induktion von Akutphaseproteinen in der Leber

C-reaktives Protein

Tabelle 2: Übersicht über die Wirkung der Glukokortikoide (Übersicht in Sapolsky et al., 2000; Umland et al., 2002).

Wirkungsvermittlung über den Glukokortikoidrezeptor

Die lipophilen Glukokortikoide können die Zellmembran durch Diffusion überwinden und entfalten ihre zahlreichen Wirkungen durch die Bindung an den zytosolischen Glukokortikoid-Rezeptor (GR) (Sapolsky et al., 2000).

Eventuell gibt es noch andere bisher unbekannte nukleäre (Kliewer et al., 1998) oder sogar membranständige Rezeptoren für Glukokortikoide (Wehling, 1997), deren physiologische Bedeutung bleibt aber unsicher und wird in dieser Arbeit nicht weiter diskutiert werden. Gleiches gilt für eine mögliche ligandenunabhänigige Aktivierung des GR, die für viele nukleären Rezeptoren beschrieben ist, aber für den GR nicht nachgewiesen wurde (Weigel und Zhang, 1998).

Das Gen des Glukokortikoidrezeptors ist auf dem langen Arm des Chromosoms 5 lokalisiert (5q31-5q32) (Schaaf und Cidlowski, 2002). Durch alternatives Splicing entstehen zwei Isoformen, GRα und GRβ, die sich nur an ihrem Carboxyl-Ende unterscheiden (Oakley et al., 1999).

GRα ist der „klassische“ GR, der die bekannten Glukokortikoid-Wirkungen vermittelt. Er ist in fast allen Geweben nachgewiesen (Pujols et al., 2002). Die physiologischerweise deutlich weniger exprimierte Splice-Variante GRβ bindet keine Kortikoide, sondern hemmt vermutlich die Wirkung des GRα (Oakley et al., 1996). Einen wichtigen Mechanismus scheint die Bildung von Heterodimeren mit GRα darzustellen, die nicht mehr transkriptionell aktiv sind (Oakley et al., 1999).

Um ein Kortikoid binden zu können, muss der GR im Zytosol als hetero-oligomerer Komplex mit verschiedenen Proteinen vorliegen (Dao-Phan et al., 1997; Wikstrom et al., 1986). Zu diesen rezeptorassoziierten Proteinen gehören HSP90 und HSP70. Über die Notwendigkeit zusätzlicher Proteine wie Hop oder Ydj1 herrscht noch Unsicherheit (Rajapandi et al., 2000). Nachdem das Steroid aufgrund seiner Lipophilie durch die Zellmembran diffundiert ist, lagert es sich an den zytosolischen GR-Protein-Komplex an, wodurch es zu einer Konformationsänderung des Rezeptors kommt (Katzenellenbogen und Katzenellenbogen, 1996). Dies begünstigt die Dissoziation des Heterooligomers – es kommt zur Abspaltung von HSP90 und HSP70 – und verstärkt den Transport des GR in den Kern. Dort reguliert der Komplex aus Rezeptor und Glukokortikoid die Genexpression auf zwei Wegen. Erstens direkt nach Zusammenlagerung zu einem Homodimer als Transkriptionsfaktor durch Bindung an spezielle DNA-Sequenzen, so genannte „glucocorticoid response elements“ (GRE) bzw. „negative glucocorticoid response elements“ (nGRE) (siehe Abbildung 4). Zweitens indirekt durch Protein-Protein-Interaktion mit anderen Transkriptionsfaktoren (z.B. NF-κB, NFAT und AP-1), das so genannte „cross-talk“ (Almawi und Melemedjian, 2002) (s.u.).

Abbildung 4: Schema der Wirkung des Glukokortikoidrezeptors als Transkriptionsfaktors. Glukokortikoide binden nach Überwindung der Zellmembran an den Rezeptor. Daraufhin lösen sich die HSP, und der GR wird in den Kern transloziert, wo er als Dimer an (n)GRE bindet und so Einfluss auf die Transkription nimmt (modifiziert nach Umland et al., 2002).

Für die indirekten Effekte („cross-talk“) des Glukokortikoidrezeptors gibt es mehrere Modelle (Almawi und Melemedjian, 2002):

die Komplex-Bildung des aktivierten GR mit Transkriptionsfaktoren, so dass sie nicht mehr an die DNA binden können,
die Unterdrückung der Aktivität des bereits an die DNA gebundenen Transkriptionsfaktors durch Anlagerung des GR und
die Kompetition mit anderen Transkriptionsfaktoren um die für Stimulation bzw. Repression nötigen nukleären Kofaktoren.

Struktur des Glukokortikoidrezeptors

Die Eigenschaft als Transkriptionsfaktor spiegelt sich auch in der Struktur des Rezeptors wider. Er besteht aus einer zentralen „DNA binding domain“ (DBD), einer c-terminalen „ligand binding domain“ (LBD) und einem N-terminalen Bereich, der ligandenunabhängig aktiv sein kann (Kumar und Thompson, 1999).

Die letzteren beiden besitzentranskriptionsaktivierende Funktionen (AF): AF-2 in der LBD wird direkt vom Hormon kontrolliert, AF-1 im N-terminalen Bereich hingegen übt seine Wirkung unabhängig vom Hormon aus (Kumar und Thompson, 1999).

Regulation der zellulären Konzentration von Glukokortikoidrezeptoren

Es wurde gezeigt, dass die zelluläre Suszeptibilität für Glukokortikoide von der Anzahl der in der Zelle vorhanden Glukokortikoidrezeptoren abhängt (Gehring et al., 1984).

Der Glukokortikoidrezeptor scheint einer Autoregulation zu unterliegen (Burnstein et al., 1991). In den meisten Geweben und Zelllinien wird durch Kortikoidgabe die Expression des GR herunterreguliert (Burnstein et al., 1991; Bellingham et al., 1992; Bronnegard, 1996). Der Mechanismus dieser homologen Herabregulation ist jedoch noch nicht völlig verstanden.

Die am nächsten liegende Erklärung für die Expressionsverminderung wäre eine Hemmung der Aktivität des GR-Promoters durch aktivierte Glukokortikoidrezeptoren. Tatsächlich wurden zwei Sequenzen im GR-Promotor gefunden, die Ähnlichkeiten zu negativen GRE aufweisen. Andere Studien jedoch, bei denen mit Zellen, die mit einem heterologen GR-Promotor transfiziert waren, gearbeitet wurde, zeigten ebenfalls eine reduzierte Expression des GR (Übersicht in Schaaf und Cidlowski, 2002).

Auch Mechanismen auf Proteinebene werden diskutiert. Der GR wird nach Bindung eines Liganden hyperphosphoryliert (Bodwell et al., 1995), was eine deutliche Abnahme seiner Halbwertszeit zur Folge hat (Sapolsky et al., 2000; Webster et al., 1997). Der verstärkte Abbau des hyperphosphorylierten Rezeptorproteins scheint über das Proteasom abzulaufen (Wallace und Cidlowski, 2001).

Zusammengefasst spielen sowohl Effekte auf RNA- als auch auf Proteinebene bei der Abschwächung des Glukokortikoid-Effektes, die bis zur völligen zellulären Resistenz bei chronisch erhöhten Spiegeln führen kann (Silva et al., 1994), eine Rolle.

Glukokortikoidrezeptorantagonist RU-486

RU-486 (Mifepriston) wurde als Wirkstoff der „Abtreibungspille“ bekannt. Der abortive Effekt beruht auf der starken antigestagenen Wirkung der Substanz.

RU-486 ist jedoch nicht nur ein Progesteron-, sondern ebenfalls ein sehr potenter Glukokortikoidrezeptorantagonist. Mifepriston gehört zu den so genannten Typ-I-Antagonisten, d.h., es bindet hochaffin an die LBD des Glukokortikoidrezeptors, diese ligandierten Rezeptoren binden auch an die DNA, aber üben dort jedoch keine Wirkung aus (Übersicht in Cadepond et al., 1997).

Abbildung 5: Strukturformel von Mifepriston (RU-486) (aus Cadepond et al., 1997).