Elektrophysiologische Untersuchungen zu Schaltvorgängen in K2P Kanälen der Subfamilie TALK
Die Zwei-Porendomänen-Kaliumkanäle (K2P) spielen eine zentrale Rolle bei der Einstellung des Ruhemembranpotenzials sowie der Entstehung und Repolarisation von Aktionspotenzialen. Durch die Integration von Reizen regulieren sie die zelluläre Erregbarkeit. In den vergangenen Jahren wurde ihre Bedeutung erkannt, sodass sie heute therapeutische Zielstrukturen bei Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen, Depressionen sowie neurologischen Erkrankungen gelten. Trotz dieser Fortschritte sind die molekularen Mechanismen der Regulation von K2P-Kanälen bislang nur unzureichend verstanden. Ziel dieser Arbeit war es daher, neue Erkenntnisse zur Regulation, zum Schaltverhalten (Gating) und zur Struktur-Funktions-Beziehung von K2P-Kanälen zu gewinnen. Zunächst wurden Kanalblocker untersucht. Anschließend wurde der Einfluss endogener und pharmakologischer Stimuli auf die exprimierten Kanäle TALK-1 und TALK-2 analysiert sowie die Abhängigkeit der Blockeraffinität geprüft. Durch Mutagenese und Verwendung Cystein-modifizierender MTS-Reagenzien wurden die Mechanismen der Kanalblockade charakterisiert. Es zeigte sich, dass TALK-2 innerhalb der Kaliumkanalfamilie eine Besonderheit darstellt, da er im Ruhezustand nicht durch quartäre Ammoniumionen blockiert werden konnte. Nach Aktivierung ließ sich der Kanal jedoch vollständig durch Tetrapentylammonium (TPA) inhibieren. Die zustandsabhängige Modifikation innerhalb der Kanalpore stützt die Annahme, dass neben einer zentralen Schaltstelle am Selektivitätsfilter eine weitere intrazelluläre Barriere existiert, die einem Helix-Bundle-Crossing spannungsabhängiger Kaliumkanäle ähnelt. Die Ergebnisse liefern Erkenntnisse zur TALK-2-Kanalpore sowie Konformationsänderungen während des Gating-Prozesses. Das gewonnene Wissen über Struktur-Funktions-Beziehungen und Regulationsmechanismen die Entwicklung spezifischer pharmakologischer Modulatoren zur Behandlung von Diabetes mellitus und Herzrhythmusstörungen unterstützt neue Therapieansätze künftig.
Gating, Schaltvorgänge, Ionenkanäle, Kaliumionenkanäle, K2P-Kanäle
Networked Digital Library of Theses and Dissertations