Die lösliche Guanylatcyclase (sGC), ein obligates Heterodimer aus einer alpha- und einer Häm-bindenden beta-Untereinheit, ist der endogen ubiquitär expremierte Rezeptor für Stickstoffmonoxid (NO). Bindung von NO an die prosthetische Hämgruppe aktiviert die sGC und führt durch eine gesteigerte Bildung des "second messenger" cGMP über verschiedene Effektorsysteme letztendlich zu einer Gefäßerweiterung. Erkrankungen des kardiovaskulären Systems (z.B. systemischer und pulmonaler Hochdruck, Herzinsuffizienz, Atherosklerose) gehen einher mit einer Beeinträchtigung des NO/sGC/cGMP-Signalwegs. Die Pathogenese dieser Erkrankungen ist assoziiert mit einer verminderten Bioverfügbarkeit sowie einem reduzierten Ansprechen auf endogen produziertes NO. Durch die Entwicklung Häm-abhängiger sGC-Stimulatoren, wie BAY 41-2272, und Häm-unabhängiger sGC-Aktivatoren, wie BAY 58-2667, wurden erstmals Wirkstoffklassen identifiziert, die die sGC NO-unabhängig aktivieren. In der hier vorliegenden Arbeit sollten die strukturellen Grundlagen der Aktivierung und Regulation der sGC untersucht werden. Mittels Mutagenesestudien konnte gezeigt werden, dass Serin137 der beta-Untereinheit gemeinsam mit den Ankeraminosäuren der Hämgruppe das charakteristische sGC-Hämbindungsmotiv Tyrosin135-x-Serin137-x-Arginin139 formt. Ebenfalls wurde erstmalig eine Beteiligung der Aminosäuren Aspartat44, Aspartat45 und Phenylalanin74 der beta-Untereinheit an der Häm-vermittelten Aktivierung der sGC nachgewiesen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Bevorzugung der Bindung von NO gegenüber einer Bindung von Sauerstoff an die Hämgruppe der sGC nicht allein - wie in der Literatur postuliert - durch das Fehlen eines polaren Tyrosins in der Hämbindungstasche erklärbar ist. In einer bimolekularen Fluoreszenz Komplementationsanalyse konnte erstmals in einer intrazellulären Umgebung eine Beteiligung der Aminosäuresequenzen 363-373, 403-422, 440-459 der alpha-, sowie 212-222, 304-333, 344-363 und 381-400 der beta-Untereinheit an der sGC-Heterodimerisierung gezeigt werden. Demnach ist die Dimerisierungsregion der sGC diskontinuierlich aufgebaut und bildet zum Teil eine amphipathische alpha-Helix Struktur aus. Hinsichtlich der Aktivierbarkeit der sGC wurde an isolierten Gefäßen nachgewiesen, dass die relaxierende Wirkung des NO- und Häm-unabhängigen sGC-Aktivators BAY 58-2667 bei Vorbehandlung der Gefäße mit dem sGC-Oxidans ODQ verstärkt ist. Weitergehende Untersuchungen des sGC-Aktivators BAY 58-2667 an isolierten Gefäßen von verschiedenen Tiermodellen, die mit endothelialer Dysfunktion assoziiert sind, sowie an isolierten Gefäßen von Typ-II-Diabetikern zeigten eine stärkere Wirkung von BAY 58-2667 an erkrankten Gefäßen. Dies ist ein Hinweis dafür, dass unter Einfluss von oxidativem Stress der Anteil der oxidierten/hämfreien Form der sGC an der Gesamtmenge der sGC ansteigt.
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