Lösung des ´open state´ Rätsels von TRPC3

Ionenkanäle regulieren die zelluläre Homöostase, indem sie verschiedene Ionen in die und aus der Zelle transportieren. Die Mehrzahl der zellulären Prozesse wird durch Calciumeinstrom in die Zelle und durch daraus resultierenden Calziumänderungen gesteuert. Ionenkanäle die durch das Transient Receptor Potential Canonical 3 (TRPC3) Protein gebildet werden vermitteln den zellulären Calziumeinstrom und sind im menschlichen Gehirn stark exprimiert. Im gesunden Organismus reguliert dieser Kanal die Funktion bestimmter Gehirnzentren, die für eine ordnungsgemäße Bewegungskoordination verantwortlich sind. Kürzlich wurde jedoch bei einem Patienten mit zerebellärer Ataxie gezeigt, dass TRPC3 mit dieser Pathologie in Zusammenhang steht und in diesem Patienten eine Mutation aufweist, die zu einer Hyperaktivität des Ionenkanals führt. Dieser Befund macht TRPC3 zu einer neuen attraktive Zielstruktur für die Behandlung von Bewegungsstörungen beim Menschen. Daher ist es von hoher Priorität, pharmakologische Werkzeuge zur Kontrolle dieses Kanals zu entwickeln, die zu einer Verbesserungdes Wohlbefindens vonPatienten mit Bewegungsneuropathologien führen können. Um präzise Modulatoren eines Proteins zu entwickeln, ist es notwendig, seine Struktur zu bestimmen. Die Einzelpartikel-Cryoelektronenmikroskopie (Cryo- EM) ermöglicht die Visualisierung einer Probe mit sehr hoher Auflösung und Präzision. Diese Technik ermöglicht es, die Proteinstruktur im Detail zu analysieren und chemischen Strukturen vorherzusagen, die an das Protein binden können. Der TRPC3 Ionenkanal hat, wie alle Ionenkanäle, jedoch unterschiedliche Funktionszustände: Ruhezustand (ohne Modulator), Modulator-aktiviert und Modulator-inhibiert. Die Proteinstruktur jedes dieser funktionellen Zustände unterscheidet sich und wird bestimmt durch die Wechselwirkung mit Pharmaka.. Daher muss die Cryo-EM Analyse des TRPC3 sowohl in Abwesenheit als auch in Anwesenheit der Modulatoren durchgeführt werden. Das Haupthindernis zur Anwendung pharmakologischer Modulatoren während der Cryo-EM Analyse ist die schlechte Kontrolle über ihre Konzentration am Protein. Kürzlich wurde es möglich, Modulatoren, die an TRPC3-Kanäle binden, effektiv durch spezifische Wellenlängen zu kontrollieren. Diese Methode der lichtvermittelten Kontrolle von Proteinen wird als Photopharmakologie bezeichnet. In unserem Labor haben wir Photomodulatoren entwickelt und charakterisiert, die eine Steuerung der TRPC3- Funktionszustände durch Licht mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision ermöglichen. Wir sind zuversichtlich, dass diese Photopharmaka helfen werden, die Funktionszustände von TRPC3 während der Cryo-EM aufzulösen. Daher ist das Hauptziel dieses Projekts, die TRPC3-Struktur mittels Cryo-EM aufzulösen und die möglichen Interaktionsstellen für pharmakologische Wirkstoffe mittels Photopharmakologie zu bestimmen. Dieses Projekt wird die Grundlage für eine neuartige pharmakologische Intervention bei der Behandlung von zerebellärer Ataxie schaffen.