Bedeutung Spurenmetall-sensitiver spannungsgesteuerter Ca2+ Kanäle für neuroprotektive und neurotoxische Effekte von endogenem Zn2+ und Cu2+ im limbischen System.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Locker gebundene (histochemisch reaktive) Zn2+ und Cu2+ Ionen sind an der Regulation neuronaler Erregbarkeit im limbischen System beteiligt und können der Entstehung pathologischer Erregungszustände entgegenwirken, jedoch auch zum erregungsbedingten Zelluntergang (Exzitotoxizität) beitragen. Der Fortsetzungsantrag beschäftigt sich weiterhin mit den beiden neuronalen spannungsgesteuerten Ca2+ Kanälen (Cav2.3 und Cav3.2), welche zu den wenigen bisher bekannten Biomolekülen gehören, die bereits durch Ruhekonzentrationen von Zn2+ und Cu2+ im limbischen System tonisch inhibiert werden. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe belegen, dass Geninaktivierung oder Inhibition dieser Kanäle mit stark anti-konvulsiven und neuroprotektiven Effekten einhergeht. Dies wurde im Zwischenbericht der ersten Förderperiode bestätigt und erweitert. Bisher wurde hauptsächlich die Zn2+-Wirkung auf Cav2.3-Kanäle in stabil transfizierten HEK-293 Zellen und in Mäusen untersucht, in denen Cav2.3 auf Genebene ausgeschaltet oder exprimiert war. Im mikromolaren Konzentrationsbereich beeinflusst Zn2+ sowohl das Kanalschaltverhalten als auch den Durchtritt von Ca2+ durch den Kanal. Pathophysiologisch bekannte pH-Erniedrigungen, wie sie bei epileptischen Anfällen beobachtet werden, haben gegensätzliche Auswirkungen auf die unterschiedlichen Zn2+-Effekte. In Mäusen, welche Cav2.3 exprimieren, zeigen mikromolare Zn2+-Konzentrationen Effekte, die in Cav2.3-defizienten Mäusen nicht beobachtet werden. In der Fortsetzungsperiode soll vor allem die Cu2+-Wirkung auf Cav2.3 analysiert werden, um auch hier die Rolle beider Kanäle für die neuroprotektiven Effekte dieser Kationen unter Ruhebedingungen, sowie ihre mögliche Bedeutung für die anfallsbedingte toxische Akkumulation von (Zn2+ oder) Cu2+ in postsynaptischen Neuronen zu verstehen. Dafür sollen die in vivo Effekte intraventrikulärer (Zn2+ oder) Cu2+ Injektion auf die Erregbarkeit unter Ruhebe-dingungen und während Kainat-induzierter epileptischer Aktivität mittels telemetrischer Elektro-kortikographie, sowie immunhistochemischen und autometallographischen Methoden in normalen und Ca2+ Kanal defizienten Mäusen untersucht werden. Dies soll ergänzt werden durch eine ausführliche elektrophysiologische Charakterisierung der molekularen und zellulären Interaktionen vor allem von Cu2+ mit beiden Kanälen in stabil transfizierten HEK293 Zellen, nativen Neuronen sowie hippocampalen Hirnschnitten. Insgesamt hat unser Projekt Einblicke in die funktionelle Relevanz von Zn2+ erbracht und soll auch für Cu2+ im limbischen System unter physiologischen Bedingungen sowie während exzessiver Aktivierung untersucht werden. Die Ergebnisse bringen bereits erste Erklärungsansätze für den scheinbaren Dualismus aus neuroprotektiven und neurotoxischen Zn2+ (und Cu2+) Effekten. Sie sollen auch neue Ansatzpunkte für eine präventive oder therapeutische antiepileptische Therapie schaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Neumaier F, Alpdogan S, Hescheler J, Schneider T
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Schneider T, Alpdogan S, Hescheler J, Neumaier F
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/19336950.2018.1516984) - Protein phosphorylation maintains the normal function of cloned human Cav2.3 channels. J Gen Physiol. 2018 Mar 5;150(3):491-510
Neumaier F, Alpdogan S, Hescheler J, Schneider T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1085/jgp.201711880) - Reciprocal modulation of Cav 2.3 voltage-gated calcium channels by copper(II) ions and kainic acid. J Neurochem. 2018 Nov;147(3):310-322
Neumaier F, Akhtar-Schäfer I, Lüke JN, Dibué-Adjei M, Hescheler J, Schneider T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/jnc.14546) - Intracerebroventricular administration of histidine reduces kainic acid-induced convulsive seizures in mice. Exp Brain Res. 2019 Oct;237(10):2481-2493
Alpdogan S, Neumaier F, Dibué-Adjei M, Hescheler J, Schneider T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00221-019-05605-z) - Cav2.3 channel function and Zn2+-induced modulation: potential mechanisms and (patho)physiological relevance. Channels (Austin). 2020;14(1):362-379
Neumaier F, Schneider T, Albanna W
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Schneider T, Neumaier F, Hescheler J, Alpdogan S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00424-020-02395-0) - Experimentally Induced Convulsive Seizures Are Modulated in Part by Zinc Ions through the Pharmacoresistant Cav2.3 Calcium Channel. Cell Physiol Biochem. 2020 Feb 19;54(2):180-194
Alpdogan S, Neumaier F, Hescheler J, Albanna W, Schneider T
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Alpdogan, Serdar, Renate Clemens, Jürgen Hescheler, Felix Neumaier, Toni Schneider
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Neumaier F, Alpdogan S, Hescheler J, Schneider T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1085/jgp.202012585)
