Effects of Direct and Indirect Activation of G Protein of Adenylyl Cyclase on the Subsequent Response to ß-Adrenergic Receptor Agonists in Human Trachealis

Summary

To examine the response to ß-adrenergic receptor agonists (ß-agonists) following prolonged activation of the stimulatory G protein of adenylyl cyclase (G_s), relaxation by isoproterenol (isoprenaline, CAS 949-36-0) and formoterol (CAS 73573-87-2), a long-acting ß-agonist, after exposure to formoterol was measured in human tracheal smooth muscle, using isometric tension records. Prior exposure to formoterol (0.3-30 nmol/l) for 45 min reduced the subsequent relaxation induced by this drug in a concentration-dependent manner, but only modestly reduced that induced by isoproterenol. Next, the effects of cholera toxin (CTX, CAS 9012-63-9) an irreversible direct activator of G_s and formoterol on the reduced responsiveness to isoproterenol after continuous and repeated exposure to isoprotenerol were examined. Preincubation with cholera toxin (0.02-2 µg/ml) caused concentration-dependent inhibition of the desensitization induced by isoproterenol, but preincubation with formoterol did not. These results indicate that prolonged activation of G_s via ß-adrenergic receptors does not cause cross-desensitization to short-acting ß-agonists. However, it also fails to inhibit the desensitization of ß-adrenergic receptors after excessive exposure to short-acting ß-agonists. Activation of G_s via a pathway that bypasses the receptors may be beneficial for the prevention of this phenomenon.

Zusammenfassung

Wirkungen der direkten und indirekten Aktivierung des G-Proteins der Adenylat-zyklase auf die nachfolgende Reaktion auf ß-adrenerge Rezeptoragonisten in der menschlichen Trachea

Um die Reaktion auf ß-adrenerge Rezeptoragonisten (ß-Agonisten) nach anhaltender Aktivierung des anregenden G-Proteins der Adenylatzyklase (G_s) zu untersuchen, wurde die Entspannung durch Isoprotenol (Isoprenalin, ISO, CAS 949-36-0) und dem langwirkenden ß-Agonisten Formoterol (CAS 73573-87-2) nach Einwirkung von Formoterol auf die menschliche glatte Trachealmuskel unter Anwendung isometrischer Spannungsaufzeichnungen gemessen. Voreinwirkung von Formoterol (0,3-30 nmol/1) für 45 min verringerte die nachfolgende Entspannung konzentrationsabhängig durch Formoterol und mäßig durch ISO. Als nächstes wurden nach kontinuierlicher und wiederholter Einwirkung von ISO die Wirkungen von Cholera-Toxin (CTX), eines irreversiblen G_s-Direktaktivators, und von Formoterol auf die verringerte Reaktion auf ISO untersucht. Präinkubation mit CTX (0,02-2 ng/ml) führte zu einer konzentrationsabhängigen Hemmung in der durch ISO herbeigeführten Desensibilisierung. Dies war hingegen nicht der Fall bei einer Präexposition auf Formoterol. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß eine anhaltende Aktivierung von G_s durch ß-adrenerge Rezeptoren keine Kreuzdesensibilisierung der kurzwirkenden ß-Agonisten herbeiführt, jedoch eine Desensibilisierung von ß-adrenergen Rezeptoren nach überstarker Exposition auf kurzwirkende ß-Agonisten nicht hemmt. Die Aktivierung von G_s durch Umgehung der Rezeptoren könnte für die Vorbeugung dieses Phänomens von Nutzen sein.

Key words

Airway smooth muscle - ß-Adrenergic receptors - CAS 949-36-0 - CAS 73573-87-2 - Formoterol - G protein of adenylyl cyclase - Isoprenaline