Kinetische Studien an der inneren Pore des Natriumkanals

Spannungsabhängige Na+ Kanäle sind porenbildende, membranständige Makromoleküle, die den Fluß von Na+ Ionen über die Zellmembran ermöglichen. Sie garantieren die Weiterleitung von Erregungsimpulsen zwischen einzelnen Zellen und sind damit grundlegend an der Funktion der Muskulatur und des Nervensystems beteiligt. Die geordnete Funktion dieser Kanäle erfordert einen intaktes "Gatingverhalten" d.h. das fehlerfreie Öffnen und Schließen der Pore. Neben dem Öffnen und Schließen können Na+ Kanäle auch vorübergehend in einen Zustand der Unerregbarkeit, einen sogenannten "inaktiven" Zustand übergehen. Diese "Inaktivierung" ist von großer Bedeutung für die geordnete Signalweiterleitung in Nervensystem, Herz- und Skelettmuskulatur. Fehlerhafte Inaktivierung von Na+ Kanälen ist mit Erkrankungen wie bestimmten Formen von Epilepsie, Skelettmuskelschwäche und Herzrhythmusstörungen assoziiert. Na+ Kanäle können in unterschiedliche Inaktivierungszustände übergehen. Die Einteilung dieser Inaktivierungszustände erfolgt nach der jeweiligen Dauer des Eintritts in den bzw. der Erholung aus dem jeweiligen Zustand. Während die "schnelle Inaktivierung" sich innerhalb weniger Millisekunden entwickelt, dauert die Entwicklung sogenannter "langsamer Inaktivierungzustände" bis zu einigen Minuten. Auf molekularer Ebene erfolgt die schnelle Inaktivierung durch einen Verschluß der intrazellulären Porenöffnung durch eine molekulare "Klappe". Dagegen ist die molekulare Grundlage der langsamen Formen der Inaktivierung ist weitgehend unbekannt. Wir haben vor kurzem vorgeschlagen, daß eine bestimmte langsame Form der Inaktivierung, die sogenannte "ultra-langsame Inaktivierung" durch eine molekulare Bewegung der inneren Porenregion entsteht. Diese innere Porenregion wird wahrscheinlich durch Teile des Na+ Kanalmoleküls, die als S6-Segmente bezeichnet werden, gebildet. Ziel des Projektes ist die Aufklärung der Rolle eines bestimmten S6-Segmentes (S6-Segment der Domäne IV - DIV-S6) bei der ultra-langsamen Inaktivierung. DIV-S6 hat eine bedeutende Funktion bei der Modulation des Gatingverhaltens des Na+ Kanals und bei der Bindung bestimmter Arzneimittel an den Kanal. Diese Arzneimittel werden bei der Behandlung von Schmerzzuständen, epileptischen Anfällen und Herzrhythmusstörungen eingesetzt. Wir werden gezielte Mutationen an DIV-S6 vornehmen und den Effekt dieser Mutationen an der ultra-langsamen Inaktivierung und an deren Beeinflussung durch die genannten Pharmaka beschreiben. Die Ergebnisse unserer Studien sollen das Verständnis des molekularen Mechanismus der ultra-langsamen Inaktivierung sowie des Wirkmechanismus bestimmter Arzneimittel vertiefen.

Spannungsabhängige Na+ Kanäle sind porenbildende, membranständige Makromoleküle, die den Fluß von Na+ Ionen über die Zellmembran ermöglichen. Sie garantieren die Weiterleitung von Erregungsimpulsen zwischen einzelnen Zellen und sind damit grundlegend an der Funktion der Muskulatur und des Nervensystems beteiligt. Die geordnete Funktion dieser Kanäle erfordert einen intaktes "Gatingverhalten" d.h. das fehlerfreie Öffnen und Schließen der Pore. Neben dem Öffnen und Schließen können Na+ Kanäle auch vorübergehend in einen Zustand der Unerregbarkeit, einen sogenannten "inaktiven" Zustand übergehen. Diese "Inaktivierung" ist von großer Bedeutung für die geordnete Signalweiterleitung in Nervensystem, Herz- und Skelettmuskulatur. Fehlerhafte Inaktivierung von Na+ Kanälen ist mit Erkrankungen wie bestimmten Formen von Epilepsie, Skelettmuskelschwäche und Herzrhythmusstörungen assoziiert. Na+ Kanäle können in unterschiedliche Inaktivierungszustände übergehen. Die Einteilung dieser Inaktivierungszustände erfolgt nach der jeweiligen Dauer des Eintritts in den bzw. der Erholung aus dem jeweiligen Zustand. Während die "schnelle Inaktivierung" sich innerhalb weniger Millisekunden entwickelt, dauert die Entwicklung sogenannter "langsamer Inaktivierungzustände" bis zu einigen Minuten. Auf molekularer Ebene erfolgt die schnelle Inaktivierung durch einen Verschluß der intrazellulären Porenöffnung durch eine molekulare "Klappe". Dagegen ist die molekulare Grundlage der langsamen Formen der Inaktivierung ist weitgehend unbekannt. Wir haben vor kurzem vorgeschlagen, daß eine bestimmte langsame Form der Inaktivierung, die sogenannte "ultra-langsame Inaktivierung" durch eine molekulare Bewegung der inneren Porenregion entsteht. Diese innere Porenregion wird wahrscheinlich durch Teile des Na+ Kanalmoleküls, die als S6-Segmente bezeichnet werden, gebildet. Ziel des Projektes ist die Aufklärung der Rolle eines bestimmten S6-Segmentes (S6-Segment der Domäne IV - DIV-S6) bei der ultra-langsamen Inaktivierung. DIV-S6 hat eine bedeutende Funktion bei der Modulation des Gatingverhaltens des Na+ Kanals und bei der Bindung bestimmter Arzneimittel an den Kanal. Diese Arzneimittel werden bei der Behandlung von Schmerzzuständen, epileptischen Anfällen und Herzrhythmusstörungen eingesetzt. Wir werden gezielte Mutationen an DIV-S6 vornehmen und den Effekt dieser Mutationen an der ultra-langsamen Inaktivierung und an deren Beeinflussung durch die genannten Pharmaka beschreiben. Die Ergebnisse unserer Studien sollen das Verständnis des molekularen Mechanismus der ultra-langsamen Inaktivierung sowie des Wirkmechanismus bestimmter Arzneimittel vertiefen.