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Die Fähigkeit, mit anderen Zellen zu kommunizieren, ist eine grundlegende Eigenschaft aller lebenden Zellen und essentiell für die normale Funktionsweise vielzelliger Organismen. Die Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina bilden ein ausgezeichnetes physiologisches Modellsystem um zelluläre Signaltransduktionsprozesse an einem intakten Organ zu untersuchen. Die Speichelsekretion wird dabei hormonell durch das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin; 5-HT) reguliert. 5-HT aktiviert in den sekretorischen Zellen der Drüsen über die Bindung an mindestens zwei membranständige G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) zwei separate Signalwege, den IP3/Ca2+- und den cAMP-Signalweg. Zur Identifizierung und Charakterisierung der 5-HT-Rezeptoren in den Speicheldrüsen von Calliphora wurden unter Anwendung verschiedener Klonierungsstrategien zwei cDNAs (Cv5-ht2α und Cv5-ht7) isoliert, die große Ähnlichkeit zu 5-HT2- und 5-HT7-Rezeptoren aus Säugetieren aufweisen. Die Hydropathieprofile der abgeleiteten Aminosäuresequenzen postulieren die für GPCRs charakteristische heptahelikale Architektur. Alle Aminosäuremotive, die für die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine essentiell sind, liegen konserviert vor. Interessanterweise wurde für den Cv5-HT7-Rezeptor eine zusätzliche hydrophobe Domäne im N Terminus vorhergesagt. Die Cv5-HT2α-mRNA liegt in zwei alternativ gespleißten Varianten vor. Mittels RT-PCR-Experimenten konnte die Expression beider Rezeptoren in Gehirn und Speicheldrüsen adulter Fliegen nachgewiesen werden. Ein Antiserum gegen den Cv5-HT7 Rezeptor markiert in den Speicheldrüsen die basolaterale Plasmamembran. Die Expression der Rezeptoren in einem heterologen System (HEK 293-Zellen) bestätigte diese als funktionelle 5-HT Rezeptoren. So führte die Stimulation mit Serotonin für den Cv5-HT2α zu einer dosis-abhängigen Erhöhung der intrazellulären Ca2+ Konzentration ([Ca2+]i, EC50 = 24 nM). In Cv5-HT7-exprimierenden Zellen löste 5-HT dosisabhängig (EC50 = 4,1 nM) einen Anstieg der intrazellulären cAMP Konzentration ([cAMP]i) aus. Für beide heterolog exprimierten Rezeptoren wurden pharmakologische Profile erstellt. Liganden, die eine Rezeptorsubtyp-spezifische Wirkung vermuten ließen, wurden daraufhin auf ihre Wirkung auf das transepitheliale Potential (TEP) intakter Speicheldrüsenpräparate getestet. Drei 5-HT-Rezeptoragonisten: AS 19, R-(+)-Lisurid und 5-Carboxamidotryptamin führten zu einer cAMP-abhängigen Positivierung des TEP durch eine selektive Aktivierung der 5 HT7-Rezeptoren. Eine selektive Aktivierung des Ca2+-Signalweges durch den Cv5-HT2 Rezeptor ist mit Hilfe von 5-Methoxytryptamin möglich. Dagegen konnte Clozapin im TEP als selektiver Cv5-HT7-Rezeptorantagonist bestätigt werden. Die Kombination eines molekularen Ansatzes mit physiologischen Messungen ermöglichte somit die Identifikation selektiver Liganden für 5-HT2- bzw. 5-HT7-Rezeptoren aus Calliphora vicina. Dies ermöglicht zukünftig eine separate Aktivierung der 5-HT-gesteuerten Signalwege und erleichtert dadurch die weitere Erforschung der intrazellulären Signalwege und ihrer Wechselwirkungen.
Secretion in blowfly (Calliphora vicina) salivary glands is stimulated by the biogenic amine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT), which activates both inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP(3))/Ca2+ and cyclic adenosine 3',5'-monophosphate (cAMP) signalling pathways in the secretory cells. In order to characterize the signal-inducing 5-HT receptors, we cloned two cDNAs (Cv5-ht2 alpha, Cv5-ht7) that share high similarity with mammalian 5-HT2 and 5-HT7 receptor genes, respectively. RT-PCR demonstrated that both receptors are expressed in the salivary glands and brain. Stimulation of Cv5-ht2 alpha-transfected mammalian cells with 5-HT elevates cytosolic [Ca2+] in a dose-dependent manner (EC50 = 24 nM). In Cv5-ht7-transfected cells, 5-HT produces a dose-dependent increase in [cAMP](i) (EC50 = 4 nM). We studied the pharmacological profile for both receptors. Substances that appear to act as specific ligands of either Cv5-HT2 alpha or Cv5-HT7 in the heterologous expression system were also tested in intact blowfly salivary gland preparations. We observed that 5-methoxytryptamine (100 nM) activates only the Cv(5)-HT2 alpha receptor, 5-carboxamidotryptamine (300 nM) activates only the Cv5-HT7 receptor, and clozapine (1 mu M) antagonizes the effects of 5-HT via Cv5-HT7 in blowfly salivary glands, providing means for the selective activation of each of the two 5-HT receptor subtypes. This study represents the first comprehensive molecular and pharmacological characterization of two 5-HT receptors in the blowfly and permits the analysis of the physiological role of these receptors, even when co-expressed in cells, and of the modes of interaction between the Ca2+- and cAMP-signalling cascades. Citation: Roser C, Jordan N, Balfanz S, Baumann A, Walz B, et al. (2012) Molecular and Pharmacological Characterization of Serotonin 5-HT2a and 5-HT7 Receptors in the Salivary Glands of the Blowfly Calliphora vicina.