Verbindung von zwei Ionenkanälen in der Plasmamembran von Nervenzellen aufgeklärt Wie sich Ionenkanäle miteinander "unterhalten" - scinexx | Das Wissensmagazin
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Verbindung von zwei Ionenkanälen in der Plasmamembran von Nervenzellen aufgeklärt

Wie sich Ionenkanäle miteinander "unterhalten"

Schematische Darstellung der Funktionsweise der beiden Ionenkanälen in der Membran von Nervenzellen. © Medizinische Universität Innsbruck

In den Membranen aller Zellen befinden sich Proteine, die es den Ionen ermöglicht, die Zellmembran zu durchqueren. Auf diese Weise werden viele physiologische Prozesse gesteuert, wie etwa die Muskelkontraktion, die Erregungsbildung und -ausbreitung oder die Aktivität von Hormonen und Enzymen. Wie sich diese so genannten 'Ionenkanäle' in der Plasmamembran von Nervenzellen untereinander verständigen, haben nun Forscher herausgefunden und berichten hierüber in „Science“.

Besonders der kalziumaktivierte Kaliumkanal (BKCa-Kanal) in Nervenzellen ist bedeutsam. Er besitzt eine große Einzelkanalleitfähigkeit und schützt quasi als Notbremse die Neuronen vor einem zu starken Anstieg der zellulären Kalziumkonzentration. Dieser Kaliumkanal ist auch für die schnelle Repolarisation von Aktionspotentialen und damit für die stimulusvermittelte Freisetzung von Hormonen und Neurotransmittern mitverantwortlich. Für seine Aktivierung ist jedoch eine relativ hohe Konzentration von Kalziumionen notwendig.

Wie schützt sich die Zelle vor Schäden?

Hohe Kalziumkonzentrationen sind jedoch nur in räumlich und zeitlich genau umschriebenen Bereichen möglich, da andernfalls die Zelle geschädigt würde. Wissenschaftler haben bisher vermutet, dass eine enge Verbindung des BKCa-Kanals mit spannungsabhängigen Kalziumkanälen dafür verantwortlich ist, wobei die Kalziumkanalöffnung den benötigten lokalen Anstieg der freien Kalziumionen bedingt und damit den BKCa-Kanal aktiviert. Einen direkten experimentellen Beweis dafür gab es bislang allerdings nicht.

Die Biochemikerin Claudia Sailer von der Medizinischen Universität Innsbruck und die Elektrophysiologin Henrike Berkefeld von der Universität Freiburg konnten nun gemeinsam zeigen, dass diese Interaktion durch direkte bi-molekulare Koppelung des Kalzium- und Kaliumkanals zustande kommt. Dieses überraschende Ergebnis beantwortet die seit langem kontrovers diskutierte Frage, wie BKCa-Kanäle durch hohe Kalziumionen-Konzentrationen aktiviert werden, ohne dass dadurch andere von Kalziumionen abhängige Prozesse in Neuronen beeinflusst werden. Das Ergebnis erklärt auch die durch BKCa-Kanäle vermittelte, schnelle Änderung des Membranpotentials von Nervenzellen.

„Nur die zielgerichtete Kombination unterschiedlicher Methoden ermöglichte die Aufklärung dieser spezifischen Protein-Protein Wechselwirkung“, betont Claudia Sailer. „Während Immunoaffinitätsreinigung und massenspektrometrische Sequenzanalyse die direkte Interaktion der einzelnen Ionenkanalpartner zeigen konnte, waren die elektrophysiologische Experimente meiner Freiburger Kollegin unabdingbar, um auch die funktionell direkte Ionenkanalkopplung beweisen zu können“, so Sailer weiter.

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(Medizinische Universität Innsbruck, 27.10.2006 – AHE)

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