Geclusterte Acetylcholinrezeptoren und Myasthenia gravis

Der nikotinische Acetylcholinrezeptor vom Muskeltyp (AChR) gehört zur Familie der ligandengesteuerten Ionenkanäle und ist an der postsynaptischen Membran der motorischen Endplatte lokalisiert. AChR werden durch den Liganden Acetylcholin aktiviert, der präsynaptisch von der Axonterminale freigesetzt wird, und führen zu einer Depolarisation der postsynaptischen Membran. Im gesunden Organismus reicht jedes zur Präsynapse gelangende Aktionspotential aus, auch postsynaptisch in der Muskelzelle ein Aktionspotential zu initiieren. Dies wird durch die räumliche Konzentration der AChR an der postsynaptischen Membran ermöglicht, das wiederum hauptsächlich durch deren Clusterung bewerkstelligt wird. Die Myasthenia gravis (MG) ist eine Autoimmunerkrankung der motorischen Endplatte, die klinisch durch eine schnelle Ermüdung charakterisiert wird. Dabei führen Antikörper gegen verschiedene Antigene der postsynaptischen Membran zu einer Beeinträchtigung der neuromuskulären Erregungsübertragung. Am häufigsten kommen Antikörper gegen AChR vor. Andere Antikörper dagegen binden an AChR nur in geclustertem Zustand beziehungsweise sind gegen MuSK, LRP4 oder noch nicht identifizierte Antigene gerichtet (seronegative MG). Obwohl AChR zu den am besten erforschten Ionenkanälen zählen, gibt es noch keine Untersuchungen zum Einfluss der Clusterung auf ihre elektrophysiologischen Eigenschaften. Dies ist jedoch von großer Bedeutung, da die AChR-Clusterung den physiologischen Zustand darstellt und manche MG-Formen hauptsächlich zu einer Störung der Clusterung führen. Es gibt keine Daten darüber, wie die Störung der AChR- Clusterung bei diesen MG-Formen die Erregbarkeit der Muskelzellen beeinträchtigt und somit klinisch zur Ermüdung führt. Hypothesen: I)Geclusterte und ungeclusterte AChR unterscheiden sich in den elektrophysiologischen Eigenschaften II) MuSK-Antikörper beeinträchtigen die Funktion von geclusterten AChR III)Seren von MG-Patienten ohne Antikörper gegen bekannte Antigene können die elektrophysiologischen Eigenschaften von geclusterten AChR beeinflussen IV) Manche der beobachteten Effekte könnten auf eine Hemmung von Second- Messenger-Systemen zurückzuführen sein Methoden: Die elektrophysiologischen Analysen werden unter Anwendung der Patch-Clamp- Technik durchgeführt. Untersucht und verglichen werden dabei zwei Gruppen von TE671- und DB40-Zelllinien, die jeweils geklusterte und ungeklusterte AChR an ihrer Oberfläche exprimieren. Die Aktivierung der AChR erfolgt dabei durch die Applikation von Acetylcholin mithilfe eines schnell applizierenden Perfusionssystems. Um auszuschließen, dass detektierte elektrophysiologische Unterschiede auf unterschiedliche AChR-Zahlen zurückzuführen sind, werden die AChR zusätzlich quantifiziert. Die gleichen Experimente werden außerdem nach Inkubation der Zellen mit den Immunglobulinfraktionen von MuSK-positiven und seronegativen MG-Patienten durchgeführt. Überdies untersuchen wir den Einfluss von Second-Messenger-Systemen und der Phosphorylierung durch die intrazelluläre Applikation spezifischer Inhibitoren beziehungsweise durch Ergänzung von Second Messenger über die Patch-Pipette. Präliminäre Daten: In einer Pilotsutdie fanden wir Hinweise, dass die AChR-Clusterung mit höheren Amplituden der Spitzenströme sowie einer langsameren Desensitisierung einhergeht. Somit scheint die AChR-Clusterung nicht nur durch die räumliche Konzentration der AChR an der postsynaptischen Membran die neuromuskuläre Erregungsübertragung zu verbessern, sondern auch durch Veränderungen der elektrophysiologischen Eigenschaften von AChR.

Die adulte Form des Acetylcholinrezeptors erholt sich schneller von der Inaktivierung Im Muskel existieren zwei Formen des Acetylcholinrezeptors. Der Übergang vom fetalen zum adulten Rezeptor findet im letzten Trimenon statt. Werden die Rezeptoren durch Agonisten aktiviert, gehen sie nach einer Latenzzeit in einen inaktiven Zustand über und können erst wieder nach Dissoziation der Agonisten reaktiviert werden. Unsere Arbeit konnte nur erstmals zeigen, dass sich die adulte Form schneller von inaktiven Zustandsformen erholt. Dies könnte insbesondere bei hochfrequenten neuromuskulären Übertragungsraten wie sie im adulten Muskel vorkommen von Vorteil sein. Überdies sind unsere Daten für Patienten mit genetischen oder autoimmun verursachten neuromuskulären Erkrankungen von Bedeutung, die mit einem Verlust adulter Acetylcholinrezeptoren und einer kompensatorisch vermehrten Bildung fetaler Formen einhergehen. Die Acetylcholinrezeptor-Clusterung begünstigt die Erholung von der Inaktivierung Die Clusterung stellt einen Prozess dar, bei dem Acetylcholinrezeptoren am Muskel gegenüber der Nervenendigung konzentriert werden. Dies wird durch Rapsyn bewerkstelligt, ein intrazelluläres Protein, das benachbarte Rezeptoren aneinanderheftet. Auf diese Weise werden sehr hohe Rezeptordichten erreicht, was für die erfolgreiche Signalübertragung vom Nerv zum Muskel essentiell ist. Ob die Acetylcholinrezeptor-Clusterung auch einen Einfluss auf die Rezeptorfunktion hat wurde bisher nicht untersucht. Unsere Daten liefern nun Hinweise dafür, dass Rapsyn den Übergang der Acetylcholinrezeptoren aus inaktiven in reaktivierbare Zustandsformen beschleunigt. Diese Ergebnisse sind für Myasthenia gravis Patienten von Bedeutung, bei denen vorwiegend die Clusterung beeinträchtigende Antikörper gefunden werden. Seren von Myasthenia gravis Patienten können die Erholung der Acetylcholinrezeptoren von der Inaktivierung beeinträchtigen Die Myasthenia gravis ist eine neuromuskuläre Erkrankung, die mit Schwäche und gesteigerter Ermüdbarkeit einhergeht und bei der Antikörper gegen verschiedene Moleküle im Muskel gefunden werden können. Mittels herkömmlicher Untersuchungsmethoden können jedoch bei etwa 10% der Patienten keine Antikörper gefunden werden. Wir konnten zeigen, dass manche dieser Seren ebenfalls die Erholung von Acetylcholinrezeptoren aus inaktiven Zustandsformen beinträchtigen.