Der K+-Kanal HpKchA des humanpathogenen Bakteriums Helicobacter pylori: Funktion der RCK-Domäne und des Selektivitätsfilters
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Schon 1994 wurde die Präsenz eines K+-Kanals in einem Prokaryonten zum ersten Mal beschrieben. Anschließende Genomuntersuchungen zeigten, dass sie übiquitär sind. Über deren Funktion für die Zellphysiologie von Prokaryonten ist jedoch noch fast nichts bekannt. Ausgehend von der Beobachtung, dass das human-pathogene Bakterium Helicobacter pylori keine erkennbaren K+-Aufhahme-Gene enthält, stattdessen für den K+-Kanal HpKchA kodiert, wurden in engen Zusammenarbeit mit Frau Dr. K. Stingl (damals Pasteur Institut, Paris) die Eigenschaften von HpKchA und seine Funktion in H. pylori untersucht. HpKchA gehört zur Klasse der 2TM-RCK-K+-Kanäle, wobei TM für Transmembrandurchgang und RCK für "regulation of channel conductance, K ", d.h. eine C-terminale regulatorische Domäne, steht. Bei Prokaryonten befindet sich vor der RCK-Domäne ein zweites Startkodon. In heterologen Systemen wird die RCK-Domäne auch tatsächlich separat exprimiert. Das gängige Modell besagt, dass der Kanalkomplex ein Heterooctamer, bestehend aus 4 Kanalproteinen und 4 RCK-Untereinheiten, ist. Einige K -Kanäle werden durch die Bindung von Ca2+/Mg2+ geöffnet. Ein anderes System bindet jedoch ATP hoch-affin an seine RCKDomäne. Für HpKchA zeigten wir, 1) dass es für die. K+-Aufnahme von H. pylori verantwortlich ist; 2) dass hemmende Effekte von Aminosäureaustauschen in der K - Selektivitätsfilterregion von HpKchA es sehr wahrscheinlich machen, dass in H, pylori HpKchA als K -Kanal funktioniert. Damit hätten wir als erste eine klare Funktion eines prokaryontischen K -Kanals (nämlich als K -Aufnahmesystem) identifiziert; 3) dass HpKchA für die Kolonisierung der Mausmagenschleimhaut durch H. pylori notwendig ist. In Theorie ließe sich damit H. pylori im Magen des Menschen mit K -Kanalblockem bekämpfen; 4) dass H. pylori etwa gleiche molare Mengen an HpKchA und seiner RCK-Domäne produziert. Damit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass auch in vivo die RCK-Domäne separat synthetisiert wird; 5) dass die Hemmung dieser Synthese durch Mutation zu einem verringerten Wachstum bei niedrigen K+-Konzentrationen führt. Dies bedeutet, dass die Präsenz der separaten RCK-Domäne für die vollständige Aktivität des K+-Kanals notwendig ist; 6. dass zwei Cysteinreste in RCK intramolekular quervernetzen und somit der C-terminale periphere Bereich zum N-terminalen Liganden-Bindebereich von RCK zurück biegen kann; 7. dass Versuche, Nukleotide als bindende und regulierende Liganden nachzuweisen, scheiterten, da das isolierte RCK-Protein schnell ausfiel. Dagegen bindet RCK des verwandten K+-Kanals MjK2 aus dem Archaeon Methanocaldococcus jannaschii ATP (KD 2 uM) besser als NAD+ (KD 10 uM).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- ATP binding to the KTN/RCK subunit KtrA from the K+-uptake .system KtrAB of Vibrio alginolyticus: Its role in the formation of the KtrAB complex and its requirement in vivo. J. Biol. Chem. 282,14018-14027.
Kröning, N., Willenborg, M., Tholema., N., Hänelt, L, Schmid, R. und Bakker, E.P.
- Channelmediated potassium uptake in Helicobacter pylori is essential for gastric colonization. EMBO J. 26, 232-241.
Stingl, K., Brandt, S., Uhlemann, E., Schmid, R. Altendorf, K, Zeilinger, K., Ecobichon, C., Labigne, A., Bakker, E.P., und de Reuse, H.
