Spannungs- und cGMP-abhängiges Gating in durch cyclische Nukleotide geschalteten Kanälen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch zyklische Nukleotide gesteuerte lonenkanäle (CNG-Kanäle) sind an den Vorgängen des Sehens und Riechens, an der Geißelbewegung von Spermien sowie an der Steuerung des Gefaßtonus beteiligt. Ziel unserer Untersuchung war es, strukturelle und funktionelle Zusammenhänge des Schaltens dieser CNG-Kanälen zu beschreiben. Durch die elektrophysiologische Untersuchung von makroskopischen aber auch Einzelkanalströmen gelang es uns, insbesondere durch den Einsatz der geblitzten Photolyse, wichtige Informationen über den Aktivierungsvorgang in CNGAl-Kanälen der Sehstäbchen und CNGA2-Kanälen der Reichsinneszellen zu gewinnen. Außerdem etablierten wir eine neue Methode zur Kombination optischer und elektrophysiologischer Techniken (Patch-Clamp-Fluorometrie), mit der eine simultane Beobachtung der Ligandenbindung und Aktivierung in CNGA2-Kanälen möglich wurde. Die globale mathematische Analyse der somit erhaltenen experimentellen Daten führte zu einem kinetischen Modell, mit dem das Schaltverhalten des CNGA2-Kanals beschrieben werden kann. Es bedarf der Entwicklung weiterer geeigneter cGMP- bzw. cAMP-Derivate, um diese vollständige Analyse auch für den CNGAl-Kanal durchführen zu können. Die Arbeit an der molekularen Steuerung von Proteinen, insbesondere am Schaltverhalten von lonenkanälen, wurde mit dem Thüringer Forschungspreis für Grundlagenforschung für das Jahr 2007 ausgezeichnet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2004) Effects of permeating ions and cGMP on gating and conductance of rod-type cyclic nucleotide-gated (CNGAl) channels. J Physiol 560 (3): 605-616
Kusch, J., Nache, V., Benndorf, K.
- (2005) Activation of olfactory-type cyclic nucleotide-gated charmels is highly cooperative. J Physiol 569 (1): 91-102
Nache, V., Schulz, E., Zimmer, T., Kusch, J., Biskup, C., Koopmann, R., Hagen, V., Benndorf, K.
- (2005) Coumarinylmethyl esters for ultrafast release of high concentrations of cyclic nucleotides upon one- and two-photon photolysis. Angew Chem Int Ed Engl. 44(48): 7887-91
Hagen V, Dekowski B, Nache V, Schmidt R, Geissler D, Lorenz D, Eichhorst J, Keller S, Kaneko H, Benndorf K, Wiesner B.
- (2006) Gating of cyclic nucleotide-gated (CNGAl) channels by cGMP jumps and depolarizing voltage steps. Biophys J 90(9): 3146-54
Nache, V., Kusch, J., Hagen, V., Benndorf, K.
- (2007) Relating ligand binding to activation gating in CNGA2 channels. Nature 446(7134): 440-3
Biskup, C., Kusch J., Schulz, E., Nache, V., Schwede, F., Lehmann, F., Hagen, V., Benndorf, K.
- (2008) Thermodynamics of activation gating in olfactory-type cyclic nucleotide-gated (CNGA2) channels. Biophys J. 95(6): 2750-8
Nache, V., Kusch, J., Biskup, C , Schulz, E., Zimmer, T., Hagen, V., Benndorf, K.
