6.10: Endokrine Signalübertragung

Endokrine Zellen produzieren Hormone, um mit entfernten Zielzellen in anderen Organen zu kommunizieren. Das Hormon erreicht diese entfernten Bereiche durch den Kreislauf. Der gesamte Organismus wird also dem Hormon ausgesetzt, aber nur die Zielzellen oder Zellen, die Hormonrezeptoren exprimieren, sind letztendlich vom Signal betroffen. Die endokrinen Signale lösen also langsame Reaktionen der Zielzellen aus, die gleichzeitig aber auch länger andauern.

Es gibt zwei Arten von endokrinen Rezeptoren: Zelloberflächenrezeptoren und intrazelluläre Rezeptoren. Zelloberflächenrezeptoren funktionieren ähnlich wie andere membrangebundene Rezeptoren. Hormone binden als Liganden an einen hormonspezifischen G-Protein-gekoppelten Rezeptor. Dadurch werden Konformationsänderungen des Rezeptors ausgelöst, wodurch eine Untereinheit des G-Proteins freigesetzt wird. Das Protein aktiviert einen sekundären Botenstoff, welcher das Signal durch spezifische Signalkaskaden und Transkriptionsfaktoren weiterleitet.

Viele Hormone arbeiten durch Zelloberflächenrezeptoren. Dazu gehören Epinephrin, Noradrenalin, Insulin, Prostaglandine, Prolaktin und Wachstumshormone.

Steroidhormone, wie Testosteron, Östrogen und Progesteron, übertragen Signale durch intrazelluläre Rezeptoren. Diese Hormone sind kleine hydrophobe Moleküle und können sich somit direkt durch die äußere Zellmembran bewegen. Sobald es sich in der Zelle befindet, bindet das Hormon an seinen Rezeptor, falls diese Zelle eine Zielzelle ist. Die Bindung bewirkt eine Konformationsänderung des Rezeptors, die seine Funktion als Transkriptionsfaktor aktiviert. Einmal aktiviert, fördert oder unterdrückt der Rezeptor bzw. Hormon-Rezeptor-Komplex die Genexpression.

Die intrazellulären Hormonrezeptoren stellen eine große Proteinsuperfamilie der Rezeptoren dar. Sie besitzen jedoch alle eine ähnliche einzelne Polypeptidkette mit drei verschiedenen Domänen. Der N-Terminus ist die aktive Transkriptionsfaktor-Domäne. Die mittlere enthält eine DNA-Bindungsdomäne, die spezifisch für das betreffende Gen ist und das Hormon bindet an eine Domäne am C-Terminus.

Endokrine Signale treten auf, wenn Zellen in verschiedenen Organen kommunizieren müssen, z. B. wenn die Hypophyse mit den Nieren kommuniziert. In diesem Fall verwenden Hormone, die Signalliganden, die Blutbahn, um ihre Zielzellen zu erreichen.

Beispielsweise signalisiert die Hypophyse den Nieren, Wasser aus dem Urin zu resorbieren, indem sie das Hormon Arginin Vasopressin oder AVP in das Blut abgibt. Wenn das Blut in den Nieren gefiltert wird, bindet AVP an den G-Protein-gekoppelten Rezeptor AVPR2 in den Nierenzellen.

Bei Aktivierung durch das Hormon entkoppeln sich die G-Protein-Untereinheiten vom Rezeptor und aktivieren die Adenylatcyclase, um den zweiten Botenstoff, zyklisches AMP, zu bilden. Zyklisches AMP aktiviert die intrazelluläre Signalkaskade, an der Proteinkinase A oder PKA beteiligt ist. PKA hat zwei Funktionen: Erstens phosphoryliert es den Aquaporinkanal APQ2, der in zytoplasmatischen Vesikeln in Reserve gehalten wird.

Diese Aktion bringt das Vesikel und die Kanäle zur Zellmembran und ermöglicht den Wasserfluss zurück in die Nierenzellen. Zweitens phosphoryliert PKA CREB im Zellkern, wodurch es an das Aquaporin-2-Gen bindet und dessen Transkription und anschließende Translation für neue Aquaporin-Kanäle startet. Daher ist die endokrine Signalübertragung ein entscheidender Schritt bei der Osmoregulation und anderen Funktionen, bei denen entfernte Zellgruppen kommunizieren müssen.