Identifizierung und funktionelle Charakterisierung der Protein-Superkomplexe von BKca-Kanälen in Gehirn und glatter Muskulatur
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt sollten Aufbau und Funktion nativer BKCa-Typ Kaliumkanäle untersucht werden. Diese spannungs- und kalziumaktivierte Kaliumkanäle, sorgen durch ihre 'duale Aktivierung' für eine direkte Koppelung von Membranpotential und intrazellulärem Kalziumspiegel und beeinflussen dadurch das Feuerverhalten zentraler Neurone, regulieren die Hormon- und Transmitterfreisetzung und bestimmen den Tonus glatter Muskelzellen. Mit Hilfe neuentwickelter proteom-analytischer Methoden konnten wir zeigen, dass BKCa-Kanäle im Gehirn von Säugern direkt mit den spannungsgesteuerten Kalziumkanälen Cav1.2 (L-Typ), Cav2.1 (P/Q-Typ) und Cav2.2 (N-Typ) assoziiert sind. Die dadurch gebildeten BKCa-Cav Superkomplexe fungieren als 'Kalzium-Nanodomänen', in denen der Kalziumkanal den BKCa-Kanal mit ausreichend Kalzium versorgt (≥ 10 µM), um eine effiziente und schnelle Aktivierung im physiologischen Spannungsbereich, etwa während eines Aktionspotentials, zu garantieren. Neben den Cav Kanälen konnten eine Reihe weiterer Untereinheiten der BKCa Superkomplexe aus dem Ratten- und Mäusehirn identifiziert werden: die PTPR (receptor-type tyrosin protein phosphatase) D, F und S Proteine, SLC12A5 (K-Cl Transporter) und das Protein KIAA1239 (leucine-rich repeat and WD repeat-containing oder auch NACHT and WD repeat domain-containing) assoziiert sind. Die Bedeutung dieser Assoziationspartner für die Rolle der BKCa Kanäle in den Synapsen zentraler Neurone wird derzeit untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006). BKCa-Cav channel complexes mediate rapid and localized Ca2+-activated K+ signaling. Science 314, 615-620
Berkefeld, H., Sailer, C.A., Bildl, W., Rohde, V., Thumfart, J.O., Eble, S., Klugbauer, N., Reisinger, E., Bischofberger, J., Oliver, D., Knaus, H.G., Schulte, U., and Fakler, B.
- (2007). Organization and regulation of small conductance Ca2+-activated K+ channel multiprotein complexes. J Neurosci 27, 2369-2376
Allen, D., Fakler, B., Maylie, J., and Adelman, J.P.
- (2008). Control of KCa channels by calcium nano/microdomains. Neuron 59, 873-881
Fakler, B., and Adelman, J.P.
- (2008). Profiling the phospho-status of the BKCa channel alpha subunit in rat brain reveals unexpected patterns and complexity. Mol Cell Proteomics 7, 2188-2198
Yan, J., Olsen, J.V., Park, K.S., Li, W., Bildl, W., Schulte, U., Aldrich, R.W., Fakler, B., and Trimmer, J.S.
- (2008). Repolarizing responses of BKCa-Cav complexes are distinctly shaped by their Cav subunits. J Neurosci 28, 8238- 8245
Berkefeld, H., and Fakler, B.
- (2010). Ca2+-activated K+ channels: From protein complexes to function. J Physiol Rev 90, 1437-1459
Berkefeld, H., Fakler, B., and Schulte, U.
- (2011). Ion channels and their molecular environments - Glimpses and insights from functional proteomics. Semin Cell Dev Biol 22, 132-144
Schulte, U., Muller, C.S., and Fakler, B.
- (2012). Extending the dynamic range of label-free mass spectrometric quantification of affinity purifications. Mol Cell Proteomics 11, M111 007955
Bildl, W., Haupt, A., Muller, C.S., Biniossek, M.L., Thumfart, J.O., Huber, B., Fakler, B., and Schulte, U.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/mcp.M111.007955) - (2013). Ligand-gating by Ca2+ is rate limiting for physiological operation of BKCa channels. J Neurosci 33, 7358-7367
Berkefeld, H., and Fakler, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5443-12.2013)
