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Background: Nitric oxide (NO) is an essential vasodilator. In vascular diseases, oxidative stress attenuates NO signaling by both chemical scavenging of free NO and oxidation and down-regulation of its major intracellular receptor, the alpha/beta heterodimeric heme-containing soluble guanylate cyclase (sGC). Oxidation can also induce loss of sGC's heme and responsiveness to NO. Results: sGC activators such as BAY 58-2667 bind to oxidized/heme-free sGC and reactivate the enzyme to exert disease-specific vasodilation. Here we show that oxidation-induced down-regulation of sGC protein extends to isolated blood vessels. Mechanistically, degradation was triggered through sGC ubiquitination and proteasomal degradation. The heme-binding site ligand, BAY 58-2667, prevented sGC ubiquitination and stabilized both alpha and beta subunits. Conclusion: Collectively, our data establish oxidation-ubiquitination of sGC as a modulator of NO/cGMP signaling and point to a new mechanism of action for sGC activating vasodilators by stabilizing their receptor, oxidized/heme-free sGC.

Poster presentation: NO-sensitive guanylyl cyclases (sGCs) are cytosolic receptors for nitric oxide (NO) catalyzing the conversion of GTP to cGMP. sGCs are obligate heterodimers composed of one alpha and beta subunit each. The allosteric mechanism of sGC activation via NO is well understood, however, our knowledge about alternative mechanisms such as protein-protein interactions regulating activity, availability, translocation and expression of sGC is rather limited. In a search by the yeast two-hybrid system using the catalytic domain of the alpha1 subunit as the bait, we have identified two structurally related proteins AGAP1 [1] and MRIP2 as novel sGC interacting proteins. MRIP2 is a multi-domain protein of 75 kDa comprising a single PH and ArfGAP domain each and two ankyrin repeats. Co-immunoprecipitation experiments using COS1 cells overexpressing both proteins demonstrated the interaction of MRIP2 with both subunits of the sGC alpha1beta1. Confocal microscopical analysis showed a prominent plasma membrane staining of MRIP2. This membrane association is mediated through an N-terminal myristoylation site and through binding of its PH domain to phospholipids such as phosphatidylinositol-3,5-bisphosphate (PI(3,5)P2). We hypothesize that MRIP2 may represent an acceptor protein for sGC that mediates recruitment of cytosolic sGC to the plasma membrane or other subcellular compartments.

Einleitung: Für angehende Ärztinnen und Ärzte sind gründliche biochemische Kenntnisse von großer Bedeutung für das Verständnis molekularer Mechanismen, physiologischer Abläufe und pathologischer Entwicklungen. Entsprechend nimmt die biochemische Lehre im vorklinischen Abschnitt des Medizinstudiums viel Zeit in Anspruch. Zugleich ist aber die Biochemie bei den Studienanfängern ein ungeliebtes Fach: Die Stofffülle, die Komplexität molekularer Prozesse, das geforderte hohe Abstraktionsniveau und die oft unzureichenden schulischen Vorkenntnisse führen bei vielen Erstsemestern zu tiefer Abneigung gegenüber der molekularen Medizin. Um diesem Problem zu begegnen, bieten wir den Medizinstudierenden der Johann Wolfgang Goethe-Universität als vorklinisches Wahlfach eine neuartige Lehrveranstaltung an, die multimedial-biografische Vorträge mit biochemischem Unterricht kombiniert. Methodik: Das Institut für Biochemie am FB Medizin führt eine propädeutische Lehrveranstaltung durch, in der Biografien bekannter Persönlichkeiten ebenso wie die korrespondierenden Krankheiten vorgestellt werden. Konzipiert als Wahlpflichtfach bietet diese multimediale Lehrveranstaltung (Titel: "Leben und Leiden berühmter Persönlichkeiten. Eine Einführung in die molekulare Medizin") den 40 teilnehmenden Studierenden in zehn wöchentlichen Doppelsitzungen pro Studienjahr einen breitgefächerten Lernstoff mit drei Lernzielen: 1. Im ersten Teil (45 Min.) jeder Doppelsitzung werden Leben, Leiden und Werk berühmter Persöhnlichkeiten aus Literatur, Musik, Politik, Kunst, Sport und Wissenschaft vorgestellt, die an einer bekannten Krankheit litten bzw. leiden. Unterstützt wird dieser biografische Vortrag in der Regel durch multimediale Einspielungen kurzer Video-Clips oder Musikstücke. 2. Im zweiten Teil (75 Min.) werden die molekularmedizinischen Hintergründe dieser Erkrankungen in einem biochemischen Vortrag vermittelt. 3. Dieser Vortrag wird durch Kurzreferate (jeweils 5 min.) der Studierenden zu grundlegenden biochemischen Strukturen und Prozessen ergänzt. Unter den regelmäßig angebotenen Doppel-Themen sind: der Rockmusiker Freddy Mercury (AIDS), der Schriftsteller Ernest Hemingway (Alkoholismus), der Rock ´n Roll-Sänger Elvis Presley (Diabetes), der Komponist Ludwig van Beethoven (Morbus Crohn), der Boxer Muhammad Ali (Morbus Parkinson), der Rockmusiker Frank Zappa (Krebs). Ergebnisse: Die Vortragsreihe wurde seit 2005 zum vierten Mal durchgeführt. Die Evaluation durch die Teilnehmer mittels Fragebogen ergab durchweg eine gute bis sehr gute Gesamtbewertung. Der Lernerfolg für die biochemischen Grundlagen wurde hoch eingeschätzt. Die multimedial präsentierten Biografien wurden als sinnvolle Ergänzung zu den molekularmedizinischen Themen empfunden. Schlussfolgerung: Das studentische Feed-back bestätigt die Vermutung, dass diese spezifische Kombination die Attraktivität und Akzeptanz von Biochemie und Molekularbiologie bei den Studienanfängern erheblich steigert.

Die Goethe-Universität hat sich als eine der ersten deutschen Universitäten dem Urteil ihrer Studierenden gestellt: Die im Juni veröffentlichte repräsentative Umfrage ist eine der umfassendsten Studien, die es je an einer deutschen Universität gegeben hat. 40.000 Studierende waren an Deutschlands drittgrößter Universität eingeladen, Auskunft zu geben über ihre persönlichen Präferenzen im Studium, aber auch, ihre Alma Mater in Bereichen wie Studien- und Prüfungsorganisation zu bewerten.