Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Final Report Abstract
Neuronale Phosphoinositid-Dynamik (SFB 593 TP A12): Es wird angenommen, dass Phosphoinositide (PI), insbesondere PI(4,5)P2, wichtige Regulatoren neuronaler Funktionen wie synaptischer Transmission und Ionenkanal-Aktivität sind. Dynamische Änderungen der PI(4,5)P2-Konzentration könnten durch modulatorische Neurotransmitter ausgelöst werden. In diesem Projekt wurden erstmals PI(4,5)P2-Konzentrationsänderungen hippocampaler CA1-Neurone im akuten Hirnschnitt mit fluoreszenz-basierten Lipid-Sonden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung von muskarinischen Acetylcholinrezeptoren und metabotropen Glutamtarezeptoren, nicht jedoch anderer PLC-gekoppelter Rezeptoren (u.a Serotonin-, Histamin, α-Adreno-Rezeptoren) zur Verringerung der PI(4,5)P2-Konzentration der Plasmamembran führt. Diese Depletion konnte räumlich aufgelöst in Soma und Dendritenbaum gezeigt werden. Die Herunterregulation von K+-Leitfähigkeiten durch Rezeptoraktivierung zeigte die gleiche Rezeptorspezifität. Es erscheint daher wahrscheinlich, dass die Aktivität von CA1-Neuronen tatsächlich durch dynamische Änderungen der PI(4,5)P2-Konzentration reguliert wird. Stimulation von cholinergen Fasern führte ebenfalls zur Verringerung der PI(4,5)P2-Konzentration in CA1-Neuronen. Dies legt den Schluss nahe, dass synaptische Aktivität postsynaptische Neurone über eine Veränderung der PI(4,5)P2- Konzentration moduliert. Regulation von TASK-K+-Kanälen (FOR 1086, TP9): TASK1/3-Kalium-Kanäle bilden sogenannte Hintergrund- oder Leck-Kanäle die in vielen Zelltypen die K+-Leitfähigkeit im Bereich negativer Membranpotentiale vermitteln und damit Ruhemembranpotential und Erregbarkeit bestimmen. Sie werden durch Gq/PLC-gekoppelte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren inhibiert. Dieser Regulationsmodus ist fundamental für die Funktionsweise verschiedener Organe, etwa bei der Auslösung der Aldosteronsekretion in der Nebenniere. Der Mechanismus der Kanalhemmung ist nicht verstanden; vorgeschlagen wurden die direkte Kanalhemmung durch das aktivierte Gqα oder eine Rezeptorgetriggerte Depletion von PI(4,5)P2. Um den Mechanismus einzugrenzen wurde die Verfügbarkeit von PI(4,5)P2 sowie die Aktivität der Phospholipase C (PLC) mit genetisch kodierten und pharmakologischen Werkzeugen manipuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass Konzentrationsänderungen von PI(4,5)P2 keinen Einfluss auf die Kanalaktivität haben, jedoch eine Aktivierung von PLC für die rezeptorvermittelte Kanalaktivität zwingend notwendig ist. Damit konnten eine direkte Gq-Interaktion und die Depletion von PI(4,5)P2 als unmittelbarer Mechanismus der Kanalhemmung ausgeschlossen werden. Stattdessen muss ein Signal downstream der PLC-Aktivierung den Kanal inhibieren. Pathophysiologie cochleärer K+-Kanäle: Auditorische äußere Haarzellen (OHC) exprimieren KCNQ4-K+-Kanäle und deren Dyfunktion führt zur OHC-Degeneration und Hörverlust. Hier konnte gezeigt werden, dass ototoxische Aminoglycosid-Antibiotika rasch in die Haarzellen aufgenommen werden und dort KCNQ4 durch Sequestrierung von PI(4,5)P2 inhibieren. Damit konnte ein Pathomechanismus der Aminoglycosid-Ototoxizität etabliert werden.
Publications
- (2011) Aminoglycosides inhibit KCNQ4 channels in cochlear outer hair cells via depletion of phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate. Mol Pharmacol 79:51-60 (2011)
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Schiekel J, Lindner M, Hetzel A, Wemhoner K, Renigunta V, Schlichthorl G, Decher N, Oliver D, Daut J
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