Untersuchungen zur Struktur und Funktion des skelettmuskulären Dihydropyridinrezeptors
Final Report Abstract
Für die elektromechanische Kopplung des Muskels ist das funktionelle Zusammenspiel der beiden Kalziumkanäle, Dihydropyridin-Rezeptor (DHPR) und Ryanodin-Rezeptor (RyR1), von essentieller (patho-)physiologischer Bedeutung. Über die strukturellen Grundlagen und über die mechanistische Natur der DHPR-RyR1-Interaktion ist noch wenig bekannt. Mittels Messungen von Förster Resonanz Energietransfer (FRET) wurde in diesem Projekt erstmals die Topologie von α1S-Domänen (α1S ist die Hauptuntereinheit des DHPR) innerhalb des intakten DHPR-RyR-Komplexes in lebenden Skelettmuskelzellen in Primärkultur untersucht. Die Anwesenheit des RyR1 führt zu z.T. drastischen Änderungen des FRET-Signals, was auf eine RyR1-induzierte Neuordnung der gesamten intrazellulären α1S-Schnittstelle schließen lässt. Basierend auf diesen Daten wird ein Modell vorgeschlagen, das zum ersten Mal die durch die Anwesenheit des RyR1 generierte, mögliche molekulare Ausgangslage darlegt, an die die dynamischen Vorgänge bei der elektromechanischen Kopplung anknüpfen könnten. In einem zweiten Projektteil wurde die strukturelle Basis der Interaktion des α1S Carboxyterminus mit Calmodulin (CaM) untersucht. Diese Interaktion ist für die normale Inaktivierung des DHPR im Herzen von entscheidender Bedeutung und ein solcher Mechanismus wurde auch für den skelettmuskulären DHPR postuliert. Wir konnten anhand von biochemischen und funktionellen Studien zeigen, dass beim skelettmuskulären DHPR-Carboxyterminus aufgrund einiger weniger, im Tierreich hoch konservierter Sequenzabweichungen, die Affinität für CaM aufgehoben ist. Ein molekularbiologischer Einbau dieser Abweichungen in den DHPR des Herzens hebt die kalziumabhängige Inaktivierung des Kanals komplett auf. Somit bestehen trotz hoher konservierter Sequenzhomologie grundlegende funktionelle Unterschiede zwischen dem kardialen und dem skelettmuskulären DHPR, die auf einen Aminosäureaustausch an einigen wenigen Schlüsselpositionen beruhen. Schließlich wurde in einem weiteren Projektteil mittels der Yeast-Two-Hybrid-Technik das α-actinin als potentialer Interaktionspartner des α1S-Carboxyterminus identifiziert. Allerdings erscheint die Validität dieser Interaktion für den intakten intrazellulären Bereich von Muskelzellen fraglich.
Publications
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B. Eckhart, S. Papadopoulos
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"Untersuchungen zur Struktur und Funktion des Dihydropyridinrezeptors: Molekulare Determinanten der Dihydropyridinrezeptor-Calmodulin- Interaktion", Dissertation, Medizinische Hochschule Hannover, 2007
Barbara Ritter
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B. Ritter, S. Papadopoulos
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B. Ritter, S. Papadopoulos
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Evidence for a close spatial arrangement of intracellular domains of the skeletal muscle DHPR using measurements of fluorescence resonance energy transfer (FRET) between CyPet and YPet in a non-destructive measuring variant. 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society and 16th IUPAB International Biophysics Congress in Long Beach, California, February 2-6, 2008
A. Polster, S. Papadopoulos
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Is there cellular colocalization and functional interaction of AE1 and carbonic anhydrase II? Jahrestagung der Deutschen Physiologischen Gesellschaft vom 2. bis 5. März 2008 in Köln
V Endeward, S Al-Samir, G Gros, S Papadopoulos
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Sequence differences in the IQ motifs of CaV1.1 and CaV1.2 strongly impact calmodulin binding and calcium-dependent inactivation. J Biol Chem. (2008) 283:29301-11
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Bannister RA, Papadopoulos S, Haarmann CS, Beam KG
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Voltage- and calcium-dependent inactivation of α1C is suppressed in muscle cells and this suppression does not appear to be a consequence of insertion into triad junctions. Gordon Research Conference on Excitation Contraction Coupling, 2009
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Association of the Alpha1S I/II Loop Peptide with Beta1A Results in Translocation of the Complex to the Cell Surface and in Clustering, Biophysical Journal, Volume 98, Issue 3, Supplement 1, January 2010, Page 714a
A. Polster, S. Papadopoulos
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Alexander Polster
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The a1S I/II loop as molecular switch for b1A to enable trafficking of the Dihydropyridine receptor (DHPR). Acta Physiologica, Vol. 201, Suppl. 682. 90th Annual Meeting of the German Physiological Society, Regensburg, March 26-29, University of Regensburg, 2011
A. Polster, S. Papadopoulos
