Ionenkanalstoffwechsel und neuronales Erregungsverhalten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Cav3.2 ist ein bereits von geringen Spannungsänderungen oberhalb des Ruhemembranpotentials aktivierter Kalziumkanal. Die von ihm geleiteten T-Typ Ca2+-Einwärtsströme machen den Kanal zu einem wichtigen Modulator neuronaler Erregbarkeit. Bei der Wahrnehmung von Schmerzen spielen Cav3.2 Kanäle eine große Rolle, wobei die Stärke der Cav3.2 vermittelten Ca2+ Ströme mit der Schmerzsensitivität korreliert. Im ZNS konnte bisher seine (subzelluläre) Lokalisierung mangels spezifischer Antikörper und Antagonisten nicht untersucht werden, so daß relativ wenig über die spezifischen Funktionen des Cav3.2 Kanals im Detail bekannt war. Im Rahmen des Projekts wurde eine knock-in Mauslinie, bei der ekliptisches grün fluoreszierendes Protein (GFPe) in eine extrazelluläre Domäne vor der ersten Poren-bildenden Region des Cav3.2 Kanals insertiert wurde, generiert bzw. verwendet. Zusätzlich waren vor Exon 6 and nach Exon 7 des cacn1h Gens loxP – Elemente insertiert worden, um durch Kreuzen mit entsprechenden Crelox Mauslinien gewebsspezifische konditionelle Mauslinien erzeugen zu können. Durch die Insertion der pH- abhängigen GFPe-Variante sollte die Dynamik der Insertion des Cav3.2 Kanals in die Plasmamembran von DRG Neuronen untersucht werden können. Die in knock-in DRG Neuronen meßbare spezifische GFPe-Fluoreszenz stellte sich allerdings für die geplanten Untersuchungen als zu gering heraus. Deshalb wurde die GFPe-Fluoreszenz der knock-in Mauslinie für spezifische immunzytochemische Untersuchungen an DRG Neuronen sowie an der piriformen Cortex ausgenützt sowie entsprechende konditionelle knock-out Mauslinien erzeugt für die Charakterisierung der Rolle des Cav3.2 Kanals, i) in DRG Neuronen bei der Schmerzempfindung (in Zusammenarbeit mit E. Bourinet, IGF, Montpellier) und ii) in der piriformen Cortex bei der Geruchsassoziation. Die Ergebisse zeigten, dass Cav3.2 Kanäle wichtige und spezifische Regulatoren von Mechanorezeptoren niedriger Schwellenwerte sind für die Empfindung und Weiterleitung durch Berührung, Kälte sowie chemische Stoffe hervorgerufener unangenehmer Reize. Überraschenderweise kommen die Cav3.2 Kanäle nicht nur in myelinierten Aδ-Fasern, sondern auch in unmyelinierten C-Fasern vor, wo die Kanäle eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung neuropathischer Schmerzempfindung spielen. Die Befunde machen den Cav3.2 zu einem potentiell interessanten Target für entsprechende Therapien. Unerwarteterweise haben wir gefunden, dass Cav3.2 hochspezifisch im Axoninitialsegment (AIS) glutamaterger Neurone der piriformen Cortex exprimiert wird. Durch Heranziehung einer konditionellen knock-out Mauslinie konnten wir zeigen, dass Cav3.2 vor allem an AISs superfizialer Pyramidalzellen (SP-Zellen) der Schicht 2 der piriformen Cortex lokalisiert ist. Hierbei gibt es eine auffällige Korrelation zwischen der Stärke GABAerger Innervierung der AIS und der Dichte der Cav3.2 Kanäle. Die Ergebnisse zeigen, dass Cav3.2 eine wesentliche Funktion bei der axonalen Reizverarbeitung hat und Ruhemembranpotential, Feuerungsrate und Frequenzadaption moduliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A cardiac pathway of cyclic GMP-independent signaling of guanylyl cyclase A, the receptor for atrial natriuretic peptide. Proc Natl Acad Sci USA. (2011)108:18500-5
Klaiber M, Dankworth B, Kruse M, Hartmann M, Nikolaev VO, Yang RB, Völker K, Gassner B, Oberwinkler H, Feil R, Freichel M, Groschner K, Skryabin BV, Frantz S, Birnbaumer L, Pongs O, Kuhn M
- Coupling of voltage-sensors to the channel pore: a comparative view. Front Pharmacol. (2012) 3:145-147
Vardanyan V, Pongs O
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fphar.2012.00145) - TRPM4 cation channel mediates axonal and neuronal degeneration in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis. Nat Med. 2012 18:1805-11
Schattling B, Steinbach K, Thies E, Kruse M, Menigoz A, Ufer F, Flockerzi V, Brück W, Pongs O, Vennekens R, Kneussel M, Freichel M, Merkler D, Friese MA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nm.3015) - Importance of lipid-pore loop interface for potassium channel structure and function. Proc Natl Acad Sci U S A. (2013) 110:13008-13
van der Cruijsen EA, Nand D, Weingarth M, Prokofyev A, Hornig S, Cukkemane AA, Bonvin AM, Becker S, Hulse RE, Perozo E, Pongs O, Baldus M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1073/pnas.1305563110) - Structural determinants of specific lipid binding to potassium channels. J Am Chem Soc. (2013) 135:3983-8
WeingarthM, Prokofyev A, van der Cruijsen EA, Nand D, Bonvin AM, Pongs O, Baldus M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/ja3119114) - A truncation variant of the cation channel P2RX5 is upregulated during T cell activation. PLoS One. (2014) 9:e104692
Abramowski P, Ogrodowczyk C, Martin R, Pongs O
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104692) - TRPM4 channels in the cardiovascular system. Curr Opin Pharmacol. (2014) 68-73
Kruse M, Pongs O
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.coph.2013.12.003) - The Low-Threshold Calcium Channel Cav3.2 Determines Low-Threshold Mechanoreceptor Function. Cell Rep. (2015) S2211-1247
François A, Schuetter N, Laffray S, Sanguesa J, Pizzoccaro A, Dubel S, Mantilleri A, Nargeot J, Noël J, Wood JN, Moqrich A, Pongs O, Bourinet E
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.12.042)
