Androgenwirkung und der Androgenrezeptor

Ein Artikel von Mesomorphosis.com
von John M Berardi

Einleidende Physiologie und Pharmakologie der Androgene

Endogene (körpereigene) Androgene sind für ihre zahlreichen Funktionen bei der Förderung der sexuellen Ausprägungen und der Entwicklung des männlichen Phänotyps gut bekannt. Beim Mann sind die beiden bezüglich dieser Wirkungen aktivsten endogenen Androgene Testosteron und Dihydrotestosteron (DHT). Testosteron ist das quantitativ wichtigste Androgen in der systemischen Zirkulation, während DHT das in der größten Menge vorkommende Stoffwechselprodukt von Testosteron und das stärkste Androgen in den meisten androgensensitiven Gewebetypen (außer in der Skelettmuskulatur; Mainwaring 1977) darstellt.

Die physiologischen Wirkungen von Androgenen werden seit den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts untersucht, als mehrere Forscher beobachteten, dass die Injektion von männlichen Urinextrakten bei Hunden nicht nur die Androgenwirkung auf das Reproduktionssystem förderten, sondern auch eine Stickstoffeinbehaltung, d.h. eine anabole Wirkung verursachten.(Kochakian and Mrulin 1935). Seit damals wurden sehr viele Informationen über die unterschiedlichen anabolen und androgenen Wirkungen exogener Androgen auf die menschliche Physiologie gesammelt (Braunstien 1997). Während der Entwicklung des Fötus sind Androgene für die Ausbildung des inneren und äußeren männlichen Genitalsystems wichtig. Später, während der Pubertät, regulieren Androgene das Wachstum und die funktionelle Integrität der Hoden, der Epididymis (Nebenhoden), der Samenleiter, der Samenbläschen, der Prostata und des Penis. Während dieser Zeit regen Androgene außerdem das Wachstum der Skelettmuskulatur sowie des Kehlkopfes an und bewirken pubertäre Wachstumsschübe. Das geschlechtsneutrale und das geschlechtsspezifische Haarwachstum sowie die Aktivität der Talgdrüsen werden über den gesamten Lebenszyklus durch Androgene reguliert.

Weiterhin spielen Androgene im Erwachsenalter unterschiedliche Rollen, wozu unter anderem verhaltenstechnische Rollen (Sexualität, Aggression, Stimmungslage und kognitive Funktion), die Regulierung der Spermatogenese, die Regulierung des Knochenstoffwechsels, die Aufrechterhaltung der Muskelmasse und Muskelfunktion, unterschiedliche Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf System und eine Regulierung von Prostatakrebs gehören (Nieschlag and Behre 1998). Diese Liste ist weit davon entfernt vollständig zu sein, da Androgene mit großer Wahrscheinlichkeit in jedem Organ und jeder Zelle des Körpers eine Rolle spielen. Zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen werden mit Sicherheit weitere physiologische Wirkungen endogener Androgene aufdecken.

Auch wenn sich die vorhergehende kurze Erörterung mit den physiologischen Wirkungen der endogenen Androgene Testosteron und Dihydrotestosteron beschäftigt hat, sollte an diese Stelle erwähnt werden, dass im Rahmen der Versuche, das Verhältnis von anaboler zu androgener Wirkung relativ zu diesen beiden Hormonen zu verändern, zahlreiche synthetische exogene Steroide synthetisiert wurden (eine Überblick bietet Vida 1969). In klinischen Situationen eines Hypogonadismus ist eine Testosteron Ersatztherapie notwendig, um sowohl die anabolen als auch die androgenen Wirkungen der defizitären endogenen Androgene zu ersetzen. In solchen Situationen ist eine alleinige Testosteron Therapie angebracht. In anderen Situationen eines anabolen Defizits, wie krankhaften katabolen Zuständen oder der Verabreichung von Glukokortikoiden, sind Wirkstoffe, die den Anabolismus (Stickstoffeinlagerung) in Abwesenheit androgener Wirkungen fördern, wünschenswert. Auch wenn diese Wirkstoffe ursprünglich als anabole Steroide bezeichnet werden, ist es bis jetzt noch nicht gelungen eine Verbindung zu synthetisieren, die die anabole Wirkung vollständig von der androgenen Wirkung trennt. Aus diesem Grund werden diese Wirkstoffe korrekterweise als anabole androgene Steroide (AAS) bezeichnet.

Interessanterweise haben spätere Untersuchungen einer Reihe anaboler androgener Verbindungen gezeigt, dass viele (jedoch nicht alle) der Verbindungen mit sehr geringer Affinität für den Androgenrezeptor eine vollständigere Trennung von androgenen und anabolen Wirkungen aufweisen (Saartok et al 1984, Dahlberg et al 1981). Da ihre relative Bindungsaffinität in einigen Fällen bei nur 0,01 liegt, könnten die Mechanismen anaboler androgener Steroide unter Umständen nur in einigen Situationen direkt vom Androgenrezeptor abhängig sein. Diese Situationen umfassen den intrazellularen Stoffwechsel der anabolen androgenen Verbindungen mit einer niedrigen Affinität bis hin zu Verbindungen mit hoher Affinität oder eine konzentrationsabhängige Verdrängung des am Rezeptor gebundenen Testosterons oder Dihydrotestosterons durch anabole androgene Verbindungen (Gustafsson et al 1984).

Zusätzlich hierzu entfalten diese Verbindungen selbst in Abwesenheit von Androgenrezeptoren in bestimmten Gewebetypen des Körpers androgenspezifische oder anabole Wirkungen (Rommerts 1998). Diese Beobachtungen könnten indirekte Hinweise auf distinkte, vom Androgenrezeptor abhängige (direkte) Wirkungsmechanismen sowie vom Androgenrezeptor unabhängige (indirekte) Wirkungsmechanismen bei unterschiedlichen endogenen und exogenen anabolen androgenen Steroiden geben. Rommerts et. al. haben die Vermutung geäußert, dass direkte und indirekte androgene Wirkungen, auch wenn diese in einigen Gewebetypen getrennt voneinander auftreten, in Gewebetypen, die gegenüber beiden Wirkungen empfindlich sind, eng miteinander in Verbindung stehen. (Rommerts 1998). Während die Androgenforschung weiter voran schreitet und sich auf die Untersuchung des Androgenrezeptors, die androgenen Reaktionselementen im Zellkern und die androgenen Signalpfade konzentriert, kommen die Wissenschaftler der gewünschten Trennung von anaboler und androgener Wirkung näher.

Androgenwirkung – direkte und indirekte Mechanismen

Die Androgenwirkung auf Zielzellen ist nur zum Teil bekannt und charakterisiert. Ursprünglich glaubte man, dass Androgene ihre Wirkung nur über einen zytosolen Androgenrezeptor, der sich nur in geschlechtsabhängigem Gewebe des Körpers befindet, entfalten. Heute wissen wir, dass die Situation komplexer ist, da sowohl direkte oder genomische Wirkungen als auch indirekte oder nicht genomische Wirkungen in nahezu jedem Gewebetyp des Körpers entdeckt wurden. Weiterhin wurden Androgenrezeptoren in vielen Gewebetypen gefunden, die man zuvor als nicht androgensensitiv angesehen hatte. Durch die Verwendung radiologischer Bindungstechniken, biochemische Austauschuntersuchungen und immunohistochemische Techniken ist klar geworden, dass sich Androgenrezeptoren sowohl im zytosolischen Bereich als auch im Bereich des Zellkerns befinden (Sar et al. 1990).

Auch wenn Androgene sowohl genomische (direkte) als auch nicht genomische (indirekte) Wirkungen besitzen, ging man davon aus, dass die Mehrzahl ihrer Wirkungen auf einer direkten Aktivierung der DNA Transkription über hoch affinitive Interaktionen mit intrazellularen Androgenrezeptoren beruhen. Man ist dieser Ansicht, da diese Interaktionen am detailliertesten untersucht wurden. Die vom Androgenrezeptor unabhängigen Interaktionen könnten sich letztendlich als quantitativ am wichtigsten herausstellen, da ständig weitere vom Androgenrezeptor unabhängige Interaktionen entdeckt werden und die Wichtigkeit dieser nicht genomischen Interaktionen könnte ein neues Licht auf die Wirkung von Androgenen werfen.

Es konnte gezeigt werden, dass einige androgensensitive Gewebetypen keine androgenen Reaktionselemente (ARE) im Zellkern aufweisen. Weiterhin besitzen andere androgensensitive Gewebetypen aufgrund einer Unempfindlichkeit der Androgenrezeptoren, der Abwesenheit von Androgenrezeptoren oder einer Blockade der Androgenrezeptoren keine funktionsfähigen Androgenrezeptoren. Als Resultat hiervon wurde hypothetisiert, dass endogene Androgene (z.B. Testosteron und Dihydrotestosteron) indirekt auf Zellen ohne Androgenrezeptoren wirken könnten. In diesem Zusammenhang vermutet man, dass Androgene als Regulatoren sekundärer Transkriptionsfaktoren agieren könnten, dass sie an der Regulation autokriner und pankriner Regulatoren der Genexpression beteiligt sein könnten, oder dass sie die Ausschüttung anderer Hormone beeinflussen könnten, die androgene Wirkungen in entferntem Gewebe regulieren (Verhoeven and Swinnen 1999). Zusätzlich hierzu vermutet man, dass einige dieser Wirkungen das Resultat plasmaproteinegebundener Androgeninteraktion mit extrazellularen Rezeptoren sein könnten (Rommerts 1998). Einige der vermuteten nicht genomischen, vom Androgenrezeptor unabhängigen Wirkungen von Androgenen umfassen:

• Erhöhungen von sowohl in der Leber als auch lokal produziertem IGF-I und IGF-I mRNA (Arnold et al 1996, Mauras et al 1998)
• Eine Verdrängung von Glukokortikoiden vom Glukokortikoidrezeptor und eine Behinderung der Anbindung von Glukokortikoiden an Glukokortikoid-Reaktionselemente (Hickson et al 1990, Danhaive and Rousseau 1986, Danhaive and Rousseau 1988)
• Die Ausschüttung unterschiedlicher autokriner „Andromedine“ inklusive androgeninduzierten Wachstumsfaktoren, Schwannom abgeleiteter Wachstumsfaktoren, Keratinozyt Wachstumsfaktoren und Fibroblast Wachstumsfaktoren, um nur einige zu nennen (Tanaka et al 1992, Sonoda et al 1992, Yan et al 1992)
• Der Einstrom von extrazellularem Kalzium durch die Zellmembran (Koenig et al 1989, Lieberherr and Grosse 1994, Steinsapir et al 1991)
• Die Aktivierung extrazellularer signalabhängiger Kinase Kaskaden über die Anbindung an einen bis jetzt noch nicht identifizierten Rezeptor (Peterziel 1998)

Auch wenn die oben beschriebenen indirekten Aktionen noch Gegenstand von Spekulationen sind, werden die Beweise für vom Androgenrezeptor unabhängige Aktionen im Lauf der Zeit immer eindrucksvoller. Die direkte Wirkung ist hingegen gut untersucht und belegt.

Es gibt jedoch noch einige Unklarheiten im Bezug darauf, ob Androgene am Androgenrezeptor im Zytosol oder in der Kernmembran andocken. Unabhängig hiervon ist der Androgenrezeptor typischerweise an Hitzeschockprotein 90 gebunden, welches den Androgenrezeptor im aktiven Zustand hält und die Bindungsaffinität aufrecht erhält (Fang et al 1996). Sobald ein Androgen an den Androgenrezeptor andockt, wird eine direkte androgene Aktion eingeleitet, während hemmende Hitzeschockproteine sich vom Androgenrezeptor lösen. Der Androgenrezeptor wird dann phosphoryliert und durchläuft einige konformative Veränderungen, die für die Translokation und Dimerisierung notwendig sind (Grino et al. 1987). Auch wenn beim Wildtyp des Rezeptors diese Ligand Bindung für eine transkriptionale Aktivität notwendig ist, besitzt ein in vivo Rezeptor mit entfernter Ligand Bindungsdomäne transkriptionale Aktivität. Dies könnte darauf hindeuten, dass die nicht ligandierte Bindungsdomäne einen Unterdrücker der Rezeptoraktion aufgrund konformativer Beschränkungen im ungebundenen Rezeptor, der eine Ligand Bindungsdomäne besitzt, darstellt. (Jenster et al 1991).

Sobald sich der phosphorylierte Rezeptor im Zellkern befindet (entweder durch eine direkte Bindung dort oder durch eine Translokation), wird er dimerisiert und bindet an das Androgenreaktionselement (ARE) an. Das Hormonreaktionselement, welches auch von anderen Hormonrezeptoren dieser Familie gebunden wird, ist eine Sequenz aus 15 Basenpaaren, die für die Initiierung der Transkription verantwortlich ist. Sobald die ARE Bindung zustande gekommen ist, können auch andere die Transkription regulierende Proteine oder Co-Aktivatoren an den Komplex aus Androgenrezeptor und Androgenreaktionselement anbinden, um den Katalysator des regulierten Gens zu stabilisieren (Shibata et al 1997, Kang 1999). Solche Co-Aktivatoren umfassen Proteine wie ARA 54, ARA 55, ARA 70, ARA 160 (Yeh et al 1996, Hsiao et al 1999).

Diese Anbindung von Co-Faktoren resultiert schließlich in der Regulation der Transkriptionsrate. Die aus der androgenabhängigen Transkription resultierende mRNA wird dann verarbeitet und zu den Ribosomen transportiert, wo sie in Proteine übersetzt wird, welche die zellulare Funktion verändern können. Auch wenn der oben beschriebene Mechanismus der mit Abstand vorherrschende Mechanismus ist, gibt es in einigen Gewebetypen Hinweise für eine Ligand unabhängige Aktivierung der transkriptionalen Aktivität über den Androgenrezeptor. Wie oben bereits erwähnt wurde, könnte ein Rezeptor ohne Ligand nach der Entfernung der Ligand-Bindungsdomäne eine Aktivität aufweisen. Dies deutet auf eine Aktivität in Abwesenheit einer Ligandbindung hin. Zusätzlich hierzu könnten auch Wachstumsfaktoren (Insulin-ike Growth Factor, Keratinocyte Growth Factor, und Epidermial Growth Factor) sowie Proteinkinase A Aktivatoren dazu in der Lage sein, eine Transkritionale Androgenrezeptoraktivität in Abwesenheit einer Ligandbindung zu induzieren (Culig et al 1995, Nazareth and Weigel 1996). Einige diese Ligand unabhängigen Transkriptionsaktivatoren könnten über eine Beeinflussung des Phosphorylisierungszustands des Androgenrezeptors agieren.

Der Androgenrezeptor

Der Androgenrezeptor ist ein Mitglied der Steroidrezeptor Familie nuklearer Transkriptionsfaktoren. Diese Familie ist eine Gruppe strukturell verwandter nuklearer Transkriptionsfaktoren, die die Aktion von Steroidhormonen regulieren. Zur Steroidrezeptor Familie gehören noch drei weitere Rezeptoren: der Glukokortikoidrezeptor, der Mineralkortikoidrezeptor und der Progesteronrezeptor (Beato 1989). Auch wenn es mehrere Regionen für jeden Rezeptor gibt, die heterolog sind, sind die Ligand Bindung und die DNA-Bindungsdomänen überraschenderweise hoch konserviert (Sheffeild-Moore 2000). Zusätzlich zu ihrer strukturellen Homologie sind diese Rezeptoren durch ihre Fähigkeit die Gentranskription über dasselbe DNA Hormonreaktionselement zu aktivieren miteinander verwandt (Quigley et al 1995). preview

Es gibt zwei charakterisierte Formen des Androgenrezeptors. Die erste und prädominante Form ist ein 110-114 kDa Protein aus 910-919 Aminosäuren (Jenster et al 1991, Wilson et al 1992, Liao et al 1989). Der zweite ist ein kleineres 87 kDa Protein aus etwa 720-729 Aminosäuren, das nur etwa 4 bis 26 % der nachweisbaren Androgenrezeptoren in unterschiedlichen Gewebetypen ausmacht (Wilson and McPhaul 1996). Die Relevanz dieser zweiten Form des Rezeptors ist noch unbekannt, doch der erste Rezeptor ist gut charakterisiert. Die Isolation und Charakterisierung der cDNA dieser Form des menschlichen Androgenrezeptors hat eine Sequenzierung seiner Aminosäurebestandteile ermöglicht (Chang et al 1989).
Der menschliche Androgenrezeptor ist ein einzelnes Polypeptid, das sich aus vier voneinander getrennten funktionalen Domänen zusammensetzt (Quigley 1998).
Die A/B Region ist die N-Terminaldomäne des Androgenrezeptors und macht über die Hälfte des Rezeptorproteins aus.

Innerhalb dieser Domäne befinden sich eine Transkriptionsaktivierungsregion und mehrere Regionen homopolymerer Aminosäurestränge, die bei der Transkriptionsregulierung wichtig sein könnten. Diese Aminosäurestränge könnten auch bei der Interaktion mit anderen Regionen des Rezeptorproteins und der Festlegung der dreidimensionalen Struktur des Rezeptors von Bedeutung sein. Bei den vier Mitgliedern der Familie der Steroidrezeptoren ist diese Region bezüglich Länge und sequenzieller Ähnlichkeit nur schlecht konserviert (Evans 1988).
Die C Region des Androgenrezeptors (Aminosäure 559-624) ist die DNA Bindungsdomäne. Diese Region setzt sich aus zwei gefalteten „Zinkfingern“ zusammen, welche jeweils ein Zinkion binden. Der erste Zinkfinger ist für die Erkennung der Ziel DNA Sequenz verantwortlich, während der zweite die DNA-Rezeptor Interaktion durch Kontakt mit dem DNA Phosphatrückgrat stabilisiert (Freedman 1992, Berg 1989).

An der Überlappung zwischen der C und der D Region befindet sich eine Kernzielsequenz (Aminosäure 617-633), die für die androgenabhängige Translokation vom Zytosol zum Zellkern verantwortlich ist (Jenster 1993). Die D Region oder Scharnierregion (Aminosäure 625-669) scheint für androgenabhängige konformative Veränderungen des Androgenrezeptors verantwortlich zu sein. Weiterhin befindet sich eine der Phosphorylierungsstellen des Androgenrezeptors in dieser Region (Zhou et al 1995).

Die E Region bildet die C-Terminaldomäne des Androgenrezeptors und ist für die Ligandbindung verantwortlich. Diese Region besteht aus 250 Aminosäuren (Aminosäure 670-920) und dient zur spezifischen, hochaffinitiven Bindung von Androgenen. Man nimmt an, dass diese Region auch der Bindungsbereich für hemmende Proteine wie das 90 kDa Hitzeschockprotein ist, welches sich an deaktivierten Androgenrezeptoren wiederfindet. Auch transkriptionale Co-Aktivatoren könnten hier beheimatet sein (Jenster 1991).

Androgenrezeptoren wurden unter Verwendung zahlreicher Techniken in einer großen Bandbreite von genitalen und nicht genitalen Gewebetypen unter Verwendung zahlreicher Techniken identifiziert, zu denen unter anderem immunohistochemische Techniken zählen. In der letzten Zeit haben sich immunohistochemische Techniken aufgrund ihrer Empfindlichkeit, Genauigkeit und einfachen Anwendung zur vorherrschenden Methode zur Charakterisierung von sowohl zellularen als auch subzellularen Verteilungen des Androgenrezeptors entwickelt (Ruizeveld De Winter et al 1991, Kadi et al 1999, Sar et al 1990). Unter Verwendung immunohistochemischer Techniken konnten Androgenrezeptoren in nahezu allen Gewebetypen nachgewiesen werden (Janssen et al 1994, Kimura et al 1993, Takeda et al 1990).

Wie bereits erwähnt wurde, ist die exakte Position der Ligand-Bindung trotz ihrer Charakterisierung im Zytosol und dem Zellkern bisher noch nicht bekannt. Das vorherrschende Modell legt jedoch nahe, dass der zytosolische Androgenrezeptor inaktiv ist, bis er das Ligand bindet. An diesem Punkt durchläuft er eine entsprechende konformative Veränderung und wird über die nukleare Zielsequenz zum Zellkern transloziert (Aminosäure 617-633; Grino et al 1987, Jenster et al 1993, Zhou et al 1994). An diesem Punkt ist der Androgenrezeptor dazu in der Lage, eine Bindung mit dem Androgenreaktionselement einzugehen.

Basierend auf frühen Studien wurde der Androgenrezeptor als ein Rezeptor mit hoher Affinität und niedriger Kapazität identifiziert. Sättigungsanalysen der Bindungsfähigkeit, die unter Verwendung des radioaktiv markierten Androgenrezeptorligands [3H]-T, [3H]-Methyltrienolone (MT) und [3H]-DHT durchgeführt wurden, haben eine Möglichkeit der Sättigung aufgezeigt und wurden unter Verwendung von Scatchard-Diagrammen mit einer Korrektur für nichtspezifische Bindungen untersucht. Die Resultate solcher Untersuchungen waren aufgrund mehrerer verwirrender Variablen nur schwer interpretierbar. Da die Menge des Androgenrezeptor Proteins sehr gering zu sein scheint, führen bereits geringfügige experimentelle Fehler zu großen statistischen Fehlern.

Zusätzlich hierzu findet man bei Androgenrezeptor Experimenten eine signifikante Menge nicht spezifischer Bindungen (Snochowski et al 1979). Wenn das Ergebnis nicht um diese Bindungen korrigiert wird, können experimentelle Fehler große Auswirkungen besitzen. Weiterhin sind Androgene (insbesondere Testosteron und DHT, nicht jedoch MT) Objekt zahlreicher stoffwechseltechnischer Enzymsysteme, die in unterschiedlichen Gewebetypen stark variieren. Falls diese stoffwechseltechnischen Pfadwege nicht kontrolliert werden, können auch sie die Resultate verfälschen. So kann z.B. die Messung der offensichtlichen Bindung von DHT an den Androgenrezeptor aufgrund einer stoffwechseltechnischen Umwandlung in Androstanediole, die nicht an den Rezeptor binden, unterschätzt werden, während die offensichtliche Bindung von Testosteron aufgrund der Bildung von DHT, welches sehr stark an den Androgenrezeptor anbindet, leicht überschätzt werden kann (Michel and Baulieu 1980).

Da außerdem die Kd und die Bmax Werte für den Androgenrezeptor von der untersuchten Spezies, dem Geschlecht, dem Alter und den Androgenspiegeln abhängen, ist es schwierig alle für den Androgenrezeptor relevanten Variablen zu kontrollieren (Stahl et al 1978). Als Resultat der potentiellen Ungenauigkeiten gibt es je nach untersuchtem Gewebe und verwendetem radioaktivem Ligand starke Unterschiede bei den Messwerten, die beim Kd Wert von 0.074nM bis 6.4nM und beim Bmax Wert von 1-30 fmol/mg Protein variieren. Wenn man sich die veröffentlichte Literatur genauer ansieht, dann erkennt man, dass unterschiedliche Resultate aufgrund unterschiedlicher verwendeter radioaktiv markierter Ligande, unterschiedlicher zytosolischer Zubereitungen und unterschiedlicher untersuchter Spezies zu erwarten waren.

In diesem Überblick werde ich lediglich auf die Bindungsaffinität und Kapazität in einem Gewebetyp (Skelettmuskulatur) eingehen, um die Betrachtungen etwas zu vereinfachen. Da sich im Gewebe der Skelettmuskulatur keine signifikanten Menge des Enzyms 5-alpha-Reduktase, welches für die Umwandlung von Testosteron in DHT verantwortlich ist, befinden, ist Testosteron hier das primäre Androgenrezeptorligand: Bei Untersuchungen der Androgenrezeptoren der Skelettmuskulatur mit Hilfe von markiertem Testosteron hilft die ausbleibende Umwandlung in DHT dabei, eine potentielle Verwechslung zu eliminieren. Andere stoffwechseltechnische Umwandlungen durch die 3-alpha und 3-beta-Hydroxysteroid Dehydrogenasen sind jedoch weiterhin vorhanden und können nur durch die Zugabe von Ammoniaksulfat, welches die Aktivität dieser Enzyme eliminiert, zur zytosolischen Zubereitung kontrolliert werden (Michel and Baulieu 1980).

Diese zwei vorbeugenden Maßnahmen sind jedoch unvollständig und die Synthese von Methyltrienolon (17 alpha-methyl-3-oxo-estra-4,9,11-trien-17 beta-ol), welches dieselbe Affinität für den Androgenrezeptor wie Testosteron aufweist, war für Androgenrezeptor Bindungsstudien von großem Wert. Die Verwendung von markiertem Methyltrienolon hat deshalb ein weiteres Element der Kontrolle zu Androgenrezeptorstudien hinzugefügt.

Vorläufige Arbeiten von Michel und Baulieu unter Verwendung von [3H]-Testosteron und [3H]-Androstanolon (DHT) Liganden in enzymfreien Zubereitungen aus Quadrizeps Femoris von kastrierten männlichen Ratten und weiblichen Ratten zeigten ähnliche Kd Werte für beide Ligande, die bei etwa 0,70nM lagen (Michel and Baulieu 1980). Diese Werte ähneln mehreren anderen Berichten bezüglich der Affinität von Testosteron in der Skelettmuskulatur. Im Rahmen einer anderen Untersuchung unter Verwendung von homogenierten Oberschenkelpräparaten und [3H]-Testosteron wurden Kd Werte von etwa 1nM und Bmax Werte von 15-30 fmol/mg Protein gemessen (Michel and Baulieu 1974). Die Bmax Werte lagen bei diesem Experiment höher als die Werte, die man sonst in der Literatur für die Skelettmuskulatur findet. Krieg und Kollegen maßen bei Verwendung von [3H]-Androstanolon (DHT) in Homogenaten aus Rattenmuskulatur Kd Werte zwischen 1.4nM und 6.4nM sowie Bmax Werte im Bereich von 0.8-4.2 fmol/mg Protein (Krieg 1976). Krieg und Kollegen konnten keine Erklärung für die Unterschiede ihrer Arbeiten und der Arbeiten von Michel und Baulieu finden, stellten jedoch die Hypothese auf, dass solche Messunterschiede auf der sehr geringen Menge von Rezeptoren im Zytosol sowie der Tatsache, dass diese Rezeptoren nur sehr schwer isolierbar sind, beruhen könnten.

Spätere Arbeiten von Saatok und Kollegen, die unter Verwendung des nicht verstoffwechselbaren [3H]- Methyltrienolon in Zytosol Präparaten der Skelettmuskulatur von Kaninchen durchgeführt wurden, fanden Kd Werte von 1.25-1.66nM und Bmax Werte von 2.76-5.18 fmol/mg Protein, wodurch die Arbeiten von (Saatok 1984) potentiell bestätigt wurden. Von Snochowski und Kollegen unter Verwendung von [3H]- Methyltrienolon durchgeführte Untersuchungen an Zytosol Präparaten der weiblichen menschlichen Skelettmuskulatur zeigten, dass die Kd Werte für den Androgenrezeptor bei etwa 0.074-0.7nM (durchschnittlich 0.28nM) lagen, während die Bmax Werte von 1-4fmol/mg Protein schwankten (Snochowski et al 1981). Aus diesen variablen Daten wird deutlich, dass, auch wenn der Androgenrezeptor mit Sicherheit ein Rezeptor mit hoher Affinität und niedriger Kapazität ist, nützliche und quantitative Daten bezüglich Affinität und Kapazität in der Muskulatur bisher noch nicht bestimmt werden konnten.

Diese in der Literatur auffindbaren Unterschiede könnten auf unterschiedlichen verwendeten Radioliganden, unterschiedlichem Alter und unterschiedlichen Androgenspiegeln der untersuchten Spezies und experimentellen Fehlern aufgrund der so geringen messbaren Spiegel des Androgenrezeptorproteins beruhen. Wenn man die Werte der Skelettmuskulatur mit im Prostatagewebe gemessenen Werten vergleicht, dann sieht man – auch wenn die im Prostatagewebe gemessenen Werte stark schwanken – dass die Bmax Werte um den Faktor 10 niedriger zu sein scheinen (pro mg Protein), während die gemessenen Kd Werte in beiden Gewebetypen ähnlich ausfallen (Ekman et al 1979).

Androgen Stoffwechsel und AR Bindung

Um die Wichtigkeit des Androgenstoffwechsels bei der Bestimmung der Androgenrezeptorspiegel und dem Aktionsmechanismus von Androgenen etwas besser zu verdeutlichen, soll kurz etwas näher auf dieses Thema eingegangen werden.

Testosteron und DHT sind die beiden stärksten Androgene im Körper, wobei ihre relative Wichtigkeit in unterschiedlichen Gewebetypen jedoch variiert. Auch wenn der Androgenrezeptor der Prostata sowohl Testosteron als auch DHT binden kann, liegt die Affinität dieses Androgenrezeptors für Testosteron nur bei 33 % der Affinität für DHT (Grover et al 1975). In der Skelettmuskulatur und Bereichen der Nieren ist die Affinität der Androgenrezeptoren für Testosteron hingegen größer als die Affinität für DHT, wobei beide Ligande gebunden werden können (Gloyna and Wilson 1969, Bullock et al 1974). Testosteron wird in den meisten androgensensitiven Gewebetypen ausgiebig verstoffwechselt. Das in der Prostata vorherrschende Stoffwechselprodukt ist hierbei DHT. Wichtig für diesen stoffwechseltechnischen Pfadweg sind die relativen Spiegel der 5-alpha-Reduktase und der 3-alpha- und 3-beta Hydroxysteroid Dehydrogenasen. Da DHT in den meisten Gewebetypen das aktive Stoffwechselprodukt darstellt, sind eine hohe Konversionsrate von Testosteron in DHT über den 5-alpha-Reduktase Pfadweg und eine geringe Verstoffwechslung von DHT über die 3-Hydroxysteroid Dehydrogenase Pfadwege für eine optimale Androgenwirkung notwendig (Rommerts 1999).

In der Skelettmuskulatur ist die 5-alpha-Reduktase Aktivität hingegen gering, während die 3alpha- and 3-beta Hydroxysteroid Dhydrogenase Aktivität höher ist, was zu einer Vorherrschaft von Testosteron und anderer inaktiver Stoffwechselprodukte führt. In der Skelettmuskulatur wird in der Tat weniger als 5 % des Testosterons verstoffwechselt (Minguell and Sierralta 1975). Dies ist optimal, da die Androgenrezeptoren der Skelettmuskulatur eine höhere Affinität für Testosteron als für DHT aufweisen.

Interessanterweise scheinen die Androgenrezeptoren in allen androgensensitiven Gewebetypen trotz der Unterschiede zwischen den stoffwechseltechnischen Pfadwegen von Testosteron und der unterschiedlichen Affinitäten für verschiedene Testosteron Stoffwechselprodukte, eine nahezu identische Struktur zu besitzen. Man glaubt, dass die Unterschiede bezüglich der Androgenwirkung in verschiedenen Gewebetypen auf dem DNA Reaktionselement und spezifischen Co-Aktivatoren oder unterdrückenden Faktoren in den unterschiedlichen Gewebetypen beruhen.

Schlussfolgerung

Zusammengefasst hat dieser Artikel mehrere relevante Themen bezüglich der Pharmakologie, Physiologie und Rezeptortheorie von Androgen angesprochen. Auch wenn vieles im Bezug auf den Aktionsmechanismus von Androgenen, den Androgenrezeptor, die Regulierung der Androgenrezeptor gesteuerten Transkription und der Kontrolle der androgenen und anabolen Wirkungen von Testosteron und seinen Stoffwechselprodukten noch nicht genau erforscht ist, werden in diesem Bereich ständig neue Entdeckungen gemacht.

Bei den im Augenblick ausgeführten Untersuchungen bezüglich der Androgenrezeptor Co-Aktivator Proteine und der Funktion des Androgen Reaktionselements in einem breiten Spektrum von Gewebetypen, kann eine Manipulation einiger der diversen Aktionen von Androgenen postuliert werden. All diese Entdeckungen könnten zum „heiligen Gral der Androgenforschung“ führen – der erfolgreichen Isolierung der anabolen und androgenen Wirkungen von Androgen.

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