Kv-Kanal-Interagierende Proteine (KChIPs) als Calciumsensoren für Kv4-Kanäle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ionenkanäle sind porenbildende Proteine in der Zellmembran. Spannungsabhängige Kalium (Kv)-Kanäle öffnen und schließen, wenn sich die elektrische Membranspannung ändert und ermöglichen so einen geregelten K+-Strom über die Zellmembran. Damit kontollieren Kv-Kanäle die elektrische Aktivität (Erregung) von Nerven- und Muskelzellen. Es existieren verschiedene Kv-Unterfamilien (Kv1 - 12). Die Kv4-Unterfamilie ist in der Zellmembran von Herzmuskelzellen, sowie im Zellkörper und in den dendritischen Ausläufern von Nervenzellen zu finden. Kv4- Kanäle liegen als Komplexe mit nicht-porenbildenden Proteinen (b-Untereinheiten) vor, den sog. Kv-Kanal-Interagierenden Proteinen (KChIPs). KChIPs wiederum gehören zur Neuronalen-Calcium-Sensor (NCS)-Familie Calcium (Ca2+)-bindender Proteine. Bei ihrer Entdeckung wurde den KChIPs, basierend auf der Tatsache, dass sie zur NCS-Familie gehören und spezifisch mit Kv4-Kanälen interagieren, die Rolle eines "Ca2+-Sensors" für Kv4-Kanäle zugeschrieben. Es wurde postuliert, dass lokale zytoplasmatische Ca2+-Konzentrationsschwankungen über die Bindung von Ca2+ an die KChIPs, die Kv4-Kanalfunktion und damit die Zellerregung beeinflussen können. Es existieren auch tatsächlich Hinweise in der Literatur, die eine solche Rolle möglich erscheinen lassen. In diesen Studien wurden jedoch durchwegs indirekte Ansätze zur Modulation der intrazellulären Ca2+-Konzentration verwendet, und so blieb die eigentliche Frage, nämlich ob die Ca2+-Bindung an die KChIPs unmittelbar die Kv4- Kanäle beeinflusst, also ob die KChIPs wirklich Ca2+-Sensoren für Kv4-Kanäle darstellen, bisher unbeantwortet. In unserem von der DFG geförderten Forschungsprojekt wurde das Öffnungs- und Schließverhalten von Kv4/KChIP- Kanalkomplexen in einer zellfreien Messanordnung (Inside-out Patch-Clamp- Methode) elektrophysiologisch untersucht, wenn während der Messungen Ca2+ in unterschiedlich hohen Konzentrationen direkt auf der Membraninnenseite appliziert wurde. Überraschenderweise konnten die aus der Literatur bekannten Befunde zur Ca2+-abhängigen Modulation der Kv4-Kanalfunktion über KChIPs mit diesem technisch anspruchsvollen und erstmals direkten experimentellen Ansatz nicht bestätigt werden. Die Rolle der KChIPs als Ca2+-Sensoren für Kv4-Kanäle muss deshalb überdacht und die bisherigen experimentellen Befunde müssen u.U. neu interpretiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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KCND2 variants associated with global developmental delay differentially impair Kv4.2 channel gating. Human Molecular Genetics, 30(23), 2300-2314.
Zhang, Yongqiang; Tachtsidis, Georgios; Schob, Claudia; Koko, Mahmoud; Hedrich, Ulrike B. S.; Lerche, Holger; Lemke, Johannes R.; van Haeringen, Arie; Ruivenkamp, Claudia; Prescott, Trine; Tveten, Kristian; Gerstner, Thorsten; Pruniski, Brianna; DiTroia, Stephanie; VanNoy, Grace E.; Rehm, Heidi L.; McLaughlin, Heather; Bolz, Hanno J.; Zechner, Ulrich ... & Bähring, Robert
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Kv channel interacting proteins as Ca2+ sensors for Kv4 channels. Dissertationsschrift Fachbereich Biologie, Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der Universität Hamburg
Tachtsidis, G.
