Die Hemmwirkung der C-terminalen Modulator-Domäne der spannungsabhängigen Kalzium Cav1.3 Kanäle auf der Kanal-Steuerung und Kalzium-abhängige Inaktivierung von Einzelkanal-Analyse der nativen Cav1.3 Spleißvarianten

• Antragstellerin: Dr. Elza Kuzmenkina
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256584869

Aufgrund ihrer Aktivierung bei niedrigen Potentialen regulieren spannungsabhängige Cav1.3 Ca2+-Kanäle die zelluläre Erregungsbildung und können Schrittmacherfunktionen übernehmen (z.B. in Neuronen oder im Sinusknoten des Herzens). Andererseits kann der Kalzium-Eintritt bei niedrigen Schwellen zu einer Kalzium-Überladung der Zelle führen und auf pathologische Bedingungen hinauslaufen. Aktuell wird beispielsweise eine Rolle von erhöhter Cav1.3 Funktion bei M. Parkinson und Alzheimer-Erkrankungen diskutiert. Ein potenziell (zyto-) toxischer Ca2+-Einstrom durch Cav1.3 Kanäle wird über eine negative Rückkopplung, die kalziumabhängige Inaktivierung (CDI) begrenzt. Das Ausmaß von Kanalaktivität und CDI muss dabei an den jeweiligen zellulären Bedarf angepasst werden. Die C-terminale Modulator (CTM-) Domäne im distalen C-Terminus verschiebt die Kanalaktivierung zu stärker depolarisierten Membranpotentialen und verringert die CDI. Mehrere verschiedene CTM Spleißvarianten werden im Gehirn gleichzeitig exprimiert. Ob sie trennbare Funktionen haben, ist noch nicht geklärt. In diesem Kontext wollen wir die funktionellen Unterschiede zwischen natürlichen Cav1.3 Spleißvarianten mit Hilfe von Einzelkanal-Patch-Clamp charakterisieren. Der Einfluss von CTM auf die verschiedenen Konformationszustände des Kanals kann im Detail durch Markov-Modellierung der Einzelkanal-Daten untersucht werden.Unser zweites Ziel ist es, den Mechanismus der Hemmung von CDI durch CTM qualitativ und quantitativ aufzuklären. Sensor für die das CDI auslösende Ca2+-Konzentration ist das Protein Calmodulin. Es gibt Hinweise darauf, dass die intramolekulare Bindung von CTM an den proximalen C-Terminus mit der Bindung von Calmodulin konkurriert. Allerdings deuten unsere vorläufigen Einzelkanal-Daten darauf hin, dass der wesentliche Anteil der Reduktion von CDI sekundär auftreten kann: in Folge der Hemmung des Kanals wird auch die Besetzung der Konformationszustände, aus denen heraus die CDI erfolgt, deutlich verringert. Mit Hilfe von CDI-Modellierung wollen wir die Auswirkungen der CTM-Domäme auf das Schaltverhalten einerseits und die CDI andererseits separat analysieren. Einzelkanal-Experimente mit einem mutiertem Calmodulin, das Ca2+-Ionen nicht binden kann, wird uns mehr Information über das Schaltverhalten des Kanals mit Kalzium als Ladungsträger in der schnelle Phase vor Einsetzen der CDI geben. Somit streben wir in diesem Projekt an, zu charakterisieren, welche Regulationsbandbreiten und Mechanismen durch die Vielfalt der CTM Spleiß-Isoformen vorhanden sind, um Calcium-Einstrom für spezifische zelluläre Anforderungen zu gestalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, USA
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Stefan Herzig; Dr. Jan Matthes; Professor Dr. Jörg Striessnig; Professor David T. Yue, Ph.D.