Ionenkanal-Superkomplexe - neue Proteinmaschinen der Neurobiologie

Freiburger Wissenschaftler klären die rätselhafte Verbindung von Kalzium- und Kaliumkanälen in Nervenzellen auf

(PresseBox) ( Freiburg, )
Forscher der Universitat Freiburg berichten in der fuhrenden Wissenschaftszeitschrift Science (Band 314, Seiten 615-620) uber die Entdeckung eines molekularen "Superkomplexes" aus einem Kalzium- und einem Kaliumkanal, mit dessen Hilfe Nervenzellen des Gehirns ihre elektrische Aktivitat und die Freisetzung von Hormonen steuern. Diese Entdeckung entschlusselt eines der altesten Ratsel der Neurobiologie, wie namlich Kaliumkanale uber Kalziumionen gesteuert werden konnen, ohne dass sich die Nervenzellen dabei selbst schadigen. Die Bedeutung dieser Arbeit wurde von der Wissenschaftszeitschrift durch die Veroffentlichung als Science Research Article besonders hervorgehoben.

In die Plasmamembran aller Zellen sind Ionenkanale eingebaut, integrale Membranproteine, durch die Ionen (Natrium, Kalium, Kalzium oder Chlorid) die Zellmembran durchqueren konnen. Dieser Ionenfluss ist die Grundlage fur eine Vielzahl physiologischer Prozesse wie Erregungsausbildung und -fortleitung in Herz- und Nervenzellen, die Kontraktion der Muskulatur oder die Freisetzung von Transmittern und Hormonen.

In Nervenzellen des Gehirns sind kalziumaktivierte Kaliumkanale mit groser Leitfahigkeit, die so genannten BKCa Kanale, von groser Bedeutung. Sie schutzen die Neurone vor Ubererregung und sorgen fur eine geregelte Freisetzung von Hormonen und Botenstoffen, indem sie die elektrische Spannung uber der Zellmembran auf einen lokalen Kalziumeinstrom hin erniedrigen. Fur die Aktivierung der Kaliumkanale sind jedoch so hohe Konzentrationen von Kalziumionen notwendig, wie sie nur sehr lokal und zeitlich begrenzt auftreten durfen, da andernfalls die Zelle massiv geschadigt wurde bis hin zum Zelltod.

Der Forschergruppe um Prof. Dr. Bernd Fakler am Physiologischen Institut der Universitat Freiburg ist es nun, unter Anwendung neuer proteinbiochemischer Methoden, gelungen, das Ratsel der BKCa Kanalaktivierung aufzulosen:

Diese Kaliumkanale sind uber ihre -Untereinheit direkt mit spannungsgesteuerten Kalziumkanalen verbunden und bilden einen so genannte. Kanal-Superkomplex. Innerhalb dieses Komplexes liefert der Kalziumkanal Kalziumionen in einer Menge, die fur eine zuverlassige und zeitlich hochprazise Aktivierung des Kaliumkanals sorgt, ohne dass dabei andere kalziumabhangige Reaktionsketten der Zelle aktiviert werden. Durch Nachbau in Eizellen des Krallenforsches Xenopus laevis konnten die Wissenschaftler zeigen, dass der beschriebene Ionenkanal-Superkomplex eine eigenstandige und vollstandig funktionsfahige Proteinmaschine darstellt, die einen lokalen Kalziumeinstrom in eine Hyperpolarisation der Zellmembran ubersetzt.

Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler mit ihrer Arbeit zeigen, dass sich auch grose Proteinkomplexe in intakter Form aus der Plasmamembran der Zelle herauslosen und ihre Komponenten dann mithilfe neuer Hochleistungs-massenspektrometer identifizieren lassen. Diese neu entwickelten Technologien ermoglichen nun die Analyse weiterer Proteinsuperkomplexe aus der Plasmamembran vieler Zelltypen und konnten zu Erkenntnissen fuhren, die sich zur Entwicklung neuer Medikamente nutzen lassen.
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