Identifizierung der Bindetaschen für Peptidliganden in DEG/ENaC Ionenkanälen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Gründer
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405378766

Acid-Sensing Ion Channels (ASICs) sind Liganden-gesteuerte Na+-Kanäle mit wichtigen physiologischen Aufgaben und großer pathophysiologischer Bedeutung. Sie werden bei der synaptischen Transmission durch kurze Säuresignale aktiviert. Längerfristige Azidose, wie sie typisch für Entzündungsschmerz oder eine Ischämie ist, aktiviert sie ebenfalls. Im Tiermodell für den ischämischen Schlaganfall verstärkt die Aktivierung von ASICs im Gehirn den neuronalen Zelltod. Aktivierung von ASICs bei entzündlichen Erkrankungen des Nervensystems scheint ebenfalls an der axonalen Degeneration beteiligt zu sein. Bei der Multiplen Sklerose sind ASIC-Inhibitoren bereits in der klinischen Erprobung. ASICs desensitivieren bei länger dauernder Aktivierung (> 5 sec) vollständig. Es wird daher vermutet, dass verschiedene Modulatoren die ASIC-Aktivität so beeinflussen, dass sie auch bei einer länger dauernden Azidose noch zur Signaltransduktion beitragen können. Eine besonders wichtige Gruppe von ASIC-Modulatoren sind Neuropeptide. RFamid-Neuropeptide verlangsamen z.B. die Desensitivierung von ASICs, insbesondere von ASIC3, einem ASIC mit wichtiger Funktion bei der Detektion von schmerzhafter Säure, und induzieren einen "sustained" Strom, der nicht desensitiviert. Dynorphine, endogene Opioid-Peptide, wiederum verschieben die Gleichgewichts-Inaktivierungskurve von ASIC1a in der Art, dass dieser wichtige ASIC des ZNS auch bei leichter Ansäuerung (pH 7,0) nicht vollständig inaktiv ist. Die Bindungsstelle an ASICs ist weder für RFamide noch Dynorphine bekannt. Diese Kenntnis wäre aber für die gezielte pharmakologische Intervention mit der Peptidmodulation, z.B. durch kompetitive Substanzen, sehr hilfreich. ASICs sind eng verwandt mit Peptid-aktivierten Ionenkanälen, die im Süßwasserpolypen Hydra vermutlich an der neuromuskulären Transmission beteiligt sind. Diese sogenannten Hydra Na+ Channels (HyNaCs) werden durch ihre Liganden, Hydra-RFamide, direkt aktiviert. Es ist durchaus denkbar, dass die Bindung von Peptiden, sei es zur Modulation der Aktivität, sei es zur direkten Aktivierung, ein konserviertes Merkmal dieser Gruppe von Ionenkanälen ist. Dann würde man erwarten, dass auch die Peptid-Bindetasche konserviert ist.In diesem Antrag schlagen wir vor, die Bindetasche für RFamide auf ASIC3, für Dynorphine auf ASIC1a und für Hydra-RFamide auf HyNaCs vergleichend molekular zu charakterisieren. Wir schlagen dazu eine Kombination verschiedener Methoden vor: 1) gerichtete Mutagenese und funktionelle Analyse der Mutanten, 2) systematische Modifizierung der Peptidliganden, 3) Rechnergestützte Vorhersage der Bindestelle und 4) Photo-Crosslinking der Liganden an ihre Rezeptoren mit anschließender Aufreinigung der Komplexe und Massenspektroskopischer Identifizierung der Bindestelle. Die Kombination dieser Methoden wird die Bindetaschen auf den drei Kanälen gut charakterisieren und unser Verständnis des Gatings und der Modulation der Kanäle durch Neuropeptide nachhaltig vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Joachim Jankowski; Professorin Dr. Giulia Rossetti, Ph.D.