Eigenschaften und Funktion des rezeptoraktivierten Kalziumeinstroms durch TRP Kanäle in Nervenzellen von Fruchtfliegen und Mäusen
Final Report Abstract
Die durch das Emmy Noether-Programm geförderte Arbeitsgruppe erforschte unter meiner Leitung in den Jahren 2003 – 2010 hauptsächlich die in Säugetieren vorkommenden Ionenkanäle TRPM3 und TRPM1 und den aus der Fliege Drosophila melanogaster stammenden Kanal dmTRPM. Die Eigenschafen aller drei Kanäle war zu Beginn der Arbeiten vollständig unbekannt. Das erste Ziel war daher nachzuweisen, dass diese Proteine tatsächlich funktionelle ionenleitende Poren bilden. Dieser Nachweis gelang für alle drei Kanalproteine durch die funktionelle Charakterisierung von mutierten Kanälen, deren ionenleitende Pore so verändert war, dass biophysikalisch unterscheidbare Veränderungen in den Poreneigenschafen aufraten. Daran anschließend wurden die Permeationseigenschafen der drei Kanäle untersucht. Für alle drei Proteine konnte gezeigt werden, dass sie unselektive Kationenkanäle mit erheblicher, teils sehr hoher Permeabilität für divalente Kationen bilden. Interessanterweise sind TRPM3 und dmTRPM, nicht aber TRPM1, auch für Zn²⁺ Ionen permeabel. TRPM3 und TRPM1 konnten auch pharmakologisch charakterisiert werden. So konnten wir zeigen, dass beide Proteine Kanäle bilden, die durch das endogen in Säugetieren vorkommende Steroid Pregnenolonsulfat aktiviert werden. Für TRPM3 konnten wir weiterhin zeigen, dass die gebildeten Kanäle auch durch das Dihydropyridin Nifedipin aktiviert werden, während sie von einigen Flavanonen, wie z. B. Naringenin und Isosakuranetin, inhibiert werden. Die Entdeckung von Pregnenolonsulfat als Agonist von TRPM3 (TRPM1 wird nur relativ schwach von dieser Substanz aktiviert) erlaubte es, funktionelle TRPM3 Kanäle, die endogen exprimiert werden, zu entdecken und zu charakterisieren. Auf diese Weise wurden TRPM3 Kanäle in nozizeptiven Rezeptorzellen der Hinterwurzelganglien und in β-Zellen der pankreatischen Inseln nachgewiesen. Die Aktivierung der Kanäle in diesen Zellen führt zu Schmerzwahrnehmung, bzw. zu einer Verstärkung der glukoseinduzierten Ausschütung von Insulin. Unsere Arbeiten zu ausgewählten Vertretern der TRPM Unterfamilie hat den Weg geebnet die physiologische Bedeutung und pathologische Relevanz dieser Proteine zu untersuchen. Mitlerweile haben einige Arbeitsgruppen, darunter auch meine eigene, diesen Weg eingeschlagen und proftieren dabei entscheidend von den in diesem Emmy Noether-Projekt gefundenen pharmakologischen Werkzeugen und den bisher erarbeiteten Erkenntnissen.
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