Untersuchungen zur Struktur und Funktion des skelettmuskulären Dihydropyridinrezeptors

• Applicant: Professor Dr. Symeon Papadopoulos
• Subject Area: Anatomy and Physiology
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 12467732

Im Skelettmuskel führt die intrazelluläre Freisetzung von Kalziumionen zur Kontraktion. Die Kalziumfreisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (sR) wird über das Membranpotential gesteuert (elektromechanische Kopplung, im Englischen: EC-coupling). Ein spezialisierter Kalziumkanal, der muskuläre Dihydropyridinrezeptor (DHPR), hat hierbei eine Schlüsselstellung als Spannungssensor: Er gibt die während der Membrandepolarisation erfahrene Konformationsänderung weiter an einen anderen Kalziumkanal, den in der Membran des sR verankerten Ryanodinrezeptor (RyR). Daraufhin öffnet sich dieser und entlässt Kalziumionen in das Sarkoplasma. Anders als am Herzen ist im Skelettmuskel dafür kein Kalziumeinstrom durch den DHPR in die Zelle notwendig. Voraussetzung für diese spezielle Art der DHPR-RyR Kommunikation ist eine hoch geordnete Positionierung von DHP-Rezeptoren in Form von Tetraden an den elektronenmikroskopisch nachweisbaren Annäherungen von transversal-tubulärer und sR-Membran ( junctions ). Es ist nicht bekannt, welche molekularen Strukturen und Interaktionen die präzise Zusammenführung von DHPR und RyR während der Ausdifferenzierung von Muskelfasern vermitteln. Auch gibt es noch keine klaren Vorstellungen darüber, welche molekularen Bereiche von DHPR und RyR bei der Assoziation der beiden Proteine beteiligt sind. Noch weniger ist bekannt über das Zusammenspiel solcher Bereiche während der elektromechanischen Kopplung. Ausgehend von Vorarbeiten soll in diesem Projekt (a) mittels einer speziellen Fluoreszenzmethode die Topologie von DHPR-Domänen innerhalb des intakten DHPR-RyR Komplexes in Muskelzellen untersucht werden; insbesondere sollen dynamische DHPR-Bereiche identifiziert werden, die während der elektromechanischen Kopplung Konformationsänderungen durchlaufen und damit die Öffnung des RyR bewirken könnten, (b) mit Hilfe von Yeast-two-hybrid Experimenten nach weiteren Proteinen gesucht werden, welche mit dem DHPR interagieren; deren Bedeutung für die Formation der junctions und für das EC-coupling soll dann untersucht werden, (c) zytoplasmatische Domänen des DHPR rekombinant hergestellt und aufgereinigt werden um sie isoliert bezüglich Struktur, Funktion und ihrer Affinität zum RyR zu untersuchen; insbesondere soll hier die Bedeutung der DHPR:Calmodulin-Interaktion für den Skelettmuskel geklärt werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Major Instrumentation: Laserscanning-Mikroskop (2/3 anteilige DFG-Finanzierung)
• Instrumentation Group: 5090 Spezialmikroskope