Neuromuskuläre muskarinische Autorezeptoren der präsynaptischen Nervenendigung ändern den Zeitverlauf der Freisetzung von Quanten von Überträgerstoff
Final Report Abstract
An Synapsen werden Signale von einer Nervenfaser an eine andere Faser oder Nervenzellkörper, oder einen anderen Zelltyp, z. B eine Muskelfaser weitergegeben. Bei dem wichtigsten Typ von Synapsen erreicht ein elektrisches Signal das Ende einer Nervenfaser, die Präsynapse, und löst dort die Freisetzung eines Pakets von bis tausenden chemischen Überträgerstoffmolekülen, genannt ein Quant, aus. Die Überträgerstoffmoleküle diffundieren zu einer benachbarten, der postsynaptischen Zelle, deren Membran Rezeptoren enthält, die den Überträgerstoff binden können. Durch die Bindung wird der Rezeptor aktiviert und gibt das empfangene Signal an die postsnaptische Zelle weiter. Das Forschungsprojekt studiert an der Maus ein eingehend bearbeitetes Modell, die Synapse zwischen einer motorischen Nervenfaser und einer Muskelfaser. Der Überträgerstoff ist Azetylcholin (ACh), der Rezeptor in der Muskelmembran heisst `nikotinisch´, und wenn 2 ACh an ihn binden, öffnet sich ein Kanal im Molekül, durch den Ionen in die Zelle einströmen – ein elektrisches Signal oder eine Erregung. Das Projekt untersucht präsynaptische Autorezeptoren, das sind Rezeptoren, die den ausgeschütteten Überträgerstoff binden können und weitere Quantenfreisetzung hemmen oder befördern können. Diese Rezeptoren werden statt durch ACh auch durch Muskarin aktiviert und sind mögliche Angriffspunkte für Pharmaka. Wir fanden, dass ihre Aktivierung den Zeitverlauf der Quantenfreisetzung aus der Nervenendigung verändert. Damit ist wahrscheinlich, dass sie Komponenten der `Freisetzungsmaschine´, einem Komplex von Proteinen am Inneren der Zellmembran, ansteuern. Wir fanden weiter , dass überraschend der Giftstoff Conotoxin mehr als 1000-fach effektiver als Muskarin die Autorezeptoren aktiviert. CTx hat eine deutlich andere Struktur als die üblichen ACh Agonisten. Ein umstrittenes Thema des Projektes ist die Frage, ob die Überträgerstofffreisetzung nur durch Kalziumeinstrom oder auch durch die Depolarisation der Zellmembran beeinflusst werden. Wir fanden, dass überraschend die Depolarisation die Dauer der Freisetzung kontrolliert. Schliesslich wurde auch die Kinetik der Bindung von ACh an den nikotinischen Rezeptor untersucht. Der Rezeptor hat 2 ACh-Bindungstellen. Wenn nur ein ACh gebunden wird, öffnet sich der Ionenkanal nur für bis zu 100 µs, was nur einen unzureichenden Stromfluss erlaubt. Deshalb wurden die Beiträge der Aktivierung einzelner Biindungsstellen bisher vernachlässigt. Nur wenn beide Bindungstellen aktiviert werden, fliesst der Quantenstrom, der das Signal überträgt. Mit einer von uns entwickelten Methode konnten wir die Zeitauflösung der Stommessung stark verbessern. Durch selektive Aktivierung bzw. Block der ACh-Bindungsstellen konnten wir der einen Stelle 6 µs, der anderen 100 µs Strompulse und Gruppen solcher Pulse zuweisen, wobei letztere einen merklichen Beitrag zum Quantenstrom bringen können. Diese Befunde erfordern überraschend die Neufassung des etablierten Reaktionsschemas der nikotinischen Rezeptoren.
Publications
- (2006) Glutamatergic autoinhibition of quantal release augments the early phase of releases after a depolarisation pulse. Europ J Neurosci 23, 2695 – 2700
Dudel J
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- (2009) Depolarization amplitude and Ca2+-inflow control the time course of quantal releases at murine motor nerve terminals. Europ J Neurosci 30, 1219 -1226
Dudel J
- (2014) Agonists binding nicotinic receptors elicit specific channel-opening patterns at αγ and αδ sites. J Physiol (Lond) 592, 2160 – 2168
Stock P, Ljaschenko D, Heckmann M, Dudel J
(See online at https://doi.org/10.1113/jphysiol.2013.267781) - (2014) α-Conotoxin M1 (CTx) blocks αδ binding sites of adult nicotinic receptors while ACh binding at αε sites elicits only small and short quantal synaptic currents. Physiol Reports 2, 1 - 132
Dudel J
(See online at https://doi.org/10.14814/phy2.12188)
