Rezeptorspezifische Regulation des supraventrikulären G-Protein aktivierten K+-Kanals (GIRK) durch Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphat und Proteinkinase C Isoformen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Aktivierung von supraventrikulär exprimierten G-Protein-aktivierten einwärtsgleichrichtenden K+- Kanälen (GIRK) ist ein wichtiger Mechanismus der parasympathischen Regulation der Herzfrequenz und der kardialen Erregbarkeit. GIRK-Kanäle werden nach Aktivierung Gq-Protein-gekoppelter Rezeptoren sowohl durch Depletion von Phosphatidyl-4,5-bisphosphate (PIP2), einem wichtigen Cofaktor für die Aktivierung der GIRK Kanäle, und/oder durch Phosphorylierung der Kanaluntereinheiten durch Proteinkinasen C (PKC) gehemmt. Die rezeptorspezifische Aktivierung verschiedener PKC-Isoformen durch endogene kardiale Gq-gekoppelte Rezeptoren wurde durch voltage-clamp-Experimente in Vorhofzellen der Ratte und in CHO und HEK 293 Zellen untersucht. Durch pharmakologische Inhibition verschiedener PKC-Isoformen konnte die spezifische Beteiligung der PKCα-Isoform an der α1B-Rezeptor-vermittelten GIRK-Hemmung sowie die Beteiligung der PKCε an der Angiotensin-Rezeptor-vermittelten GIRK-Reduktion nachgewiesen werden. Bei Expression der dominant-negativen PKC-Isoform DN PKCε zeigten sich sowohl eine Reduktion der GIRK-Hemmung als auch eine deutliche Abnahme der Desensitisierung des AT1-Rezeptors, was auf eine wichtige Rolle der PKCε bei der dualen Modulation von GIRK-Kanalaktivität und Rezeptoraktivität hinweist. Bislang ist jedoch nicht untersucht worden, welche spezifischen PKC-Isoformen die bekannten Phosphorylierungsstellen innerhalb der GIRK4-Untereinheit phosphorylieren und damit die rezeptorspezifische GIRK-Hemmung induzieren. Daher wurde die Aktivität der phosphorylierungsdefizienten GIRK4-Mutante (GIRK4 (S191A)) in Vorhofzellen während der Stimulation von α1B-adrenergen Rezeptoren, bzw. AT1-Rezeptoren analysiert. Das Ausmaß der Hemmung bei Aktivierung von Gq-gekoppelten Rezeptoren lässt dabei Rückschlüsse auf die Bedeutung dieser Phosphorylierungsstelle für die GIRK-Reduktion zu. Bei Stimulation von α1B-adrenergen Rezeptoren trat weiterhin eine deutliche Hemmung der Ströme durch die GIRK(S191A)-Mutante auf, so dass eine mögliche Phosphorylierung des Serinrestes S191 durch die α1B-AR-aktivierte PKCα für die GIRK-Hemmung von untergeordneter Bedeutung ist. Die Angiotensin-induzierte Hemmung des GIRK4 (S191A)-Stromes war hingegen deutlich reduziert. Die Abschwächung der Stromhemmung der GIRK4 (S191A)-Mutante weist darauf hin, dass die Phosphorylierung dieses Serinrestes wesentlich zur AT1-R- vermittelten Modulation der GIRK-Aktivität beiträgt. Eine weitere wichtige Phosphorylierungsstelle in der GIRK4-Untereinheit ist der Serinrest S418 , dessen Phosphorylierung durch die PKCε in einer Verstärkung der basalen und agonistenaktivierten GIRK1/4-Ströme resultiert. Die Bedeutung dieses Serinrestes für die Gq-Rezeptor-vermittelte GIRK-Modulation wurde im Rahmen des geförderten Projektes erstmalig untersucht. Während die Beteiligung dieses Serinrestes an der Gq-Rezeptor-vermittelten GIRK-Hemmung ausgeschlossen werden konnte, ließ sich der facilitatorische Effekt einer Phosphorylierung von S418 durch die Verstärkung der Hemmung von Strömen durch phosphorylierungsdefiziente GIRK4(S418A)-Kanäle indirekt nachweisen. Die rezeptorspezifische Regulation der GIRK-Kanalaktivität beruht somit auf unterschiedlichen Phosphorylierungsmustern der GIRK4-Untereinheit und wird bestimmt durch das Zusammenspiel inhibitorischer und facilitatorischer PKC-Effekte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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PKC-isoform specific regulation of receptor desensitization and KCNQ1/KCNE1 K+ channel activity by mutant α1B-adrenergic receptors. Cellular Signalling, 91, 110228.
Renkhold, Lina; Kollmann, Rike; Inderwiedenstraße, Leonie & Kienitz, Marie-Cecile
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Receptor-specific regulation of phosphorylation-deficient (GIRK4S191A) G protein-activated K+ channels, 11th Symposium of the Young Physiologists 31.03- 01.04.2022, Essen
Kienitz, Marie-Cécile
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Receptor-specific regulation of G protein-activated K+ channels, 12th Symposium of the Young Physiologists 30.03- 31.03.2023, Kiel
Kienitz, Marie-Cécile
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Angiotensin receptors and α1B-adrenergic receptors regulate native IK(ACh) and phosphorylation-deficient GIRK4 (S418A) channels through different PKC isoforms. Pflügers Archiv - European Journal of Physiology, 476(7), 1041-1064.
Inderwiedenstraße, Leonie & Kienitz, Marie-Cécile
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Functional impact of the serine residue S418 within the GIRK4 subunit for Angiotensininduced GIRK current modulation, 13th Symposium of the Young Physiologists, 11.3.-12.3.2024, Mannheim
Kienitz, Marie-Cécile
