Konformationsabhängige pharmakologische Inhibition von Kaliumkanälen der EAG-Familie
Final Report Abstract
Kaliumkanäle der EAG-Familie werden durch Membrandepolarisation aktiviert und sind in neuronalen und kardialen Zellen exprimiert. Insbesondere der kardiale hERG1-Kanal ist Gegenstand intensiver pharmakologischer Untersuchungen, da zahlreiche Wirkstoffe diesen lonenkanal blockieren und auf diese Weise zu Herzrhythmusstörungen führen. Ziel dieses Projektes war es, die molekularen Mechanismen der Konformationsabhängigkeit der Blockade von EAG-Kanälen besser verstehen zu lernen. Als wesentliche Ergebnisse können folgende Punkte zusammengefasst werden: 1) Neben der zentralen Bindestelle im intrazellulär-gerichteten Vestibül der EAG-Kanäle, wo Wirkstoffe präferentiell mit Aromaten der So-Segmente wechselwirken, tragen auch Seitenketten in der Engstelle zwischen Porenhelix und S6 (z.B. A453 bei hERG1) zur Stabilisierung von Wirkstoffen mit langen Kohlenwasserstoffketten bei. Dies trifft beispielsweise für Clofilium zu. Variation der Kettenlänge ergab für hEAG-Kanäle eine optimale Bindung für Heptyl- Seitenketten (also Clofilium), für hERG1-Kanäle war diese Tendenz nicht so ausgeprägt, so dass man daraus einen Ansatz für hEAG1-spezifische Blocker ableiten kann. 2) Vergleichende Studien zwischen EAG-Känälen auf dereinen und BKCa-Kanälen auf der anderen Seite sind aufgrund der sehr unterschiedlichen Eigenschaften des Schaltverhaltens nur sehr bedingt möglich. Austauschmutationen führen überwiegend zu Kanälen, die nicht nur pharmakologisch sondern auch kinetisch unterschiedlich sind. Wegen der Konformationsabhängigkeit der Pharmakologie sind an solchen Mutanten gewonnene Ergebnisse schwer zu interpretieren. Dennoch gibt es offensichtlich interessante Gemeinsamkeiten. So konnten wir zeigen, dass KB130015, ein Derivat des Antiarrhythmikums Amiodaron, Slo1/BK-Kanäle durch eine substantielle Linksverschiebung der Spannungsabhängigkeit aktiviert und gefäßdilatierend wirkt. Bei hERG1-Kanälen zeigt KB130015 eine duale Wirkung: Bei niedrigen Konzentrationen „aktiviert" es hERG1-Kanäle durch Beschleunigung der Aktivierungskinetik, während es bei hohen Konzentrationen den Kanal ähnlich wie Amiodaron blockiert. Die hERG1-aktivierende Funktion wird offensichtlich durch Interaktion mit der Pore erzielt, zumal KB130015 mit einigen typischen Porenblockern kompetiert. KB130015 stellt somit eine sehr interessante Ausgangssubstanz für die Entwicklung von hERG1-Öffnern dar. 3) Entgegen früheren Annahmen unterliegen hERG1-Kanäle einer ausgeprägten oxidativen Modulation. Oxidation von sowohl Methionin-Resten als auch von einigen intrazellulär zugänglichen Cysteinen führt zum Funktionsverlust. Diese Eigenschaft kann mit dem häufigen Auftreten von Herzrhythmusstörungen nach ischämischen Episoden, wie z.B. während eines Myokardinfarkts, in Verbindung gebracht werden.
Publications
- (2004) Molecular determinants for high-affinity block of human EAG potassium channels by antiarrhythmic agents. Molecular Pharmacology 65 1120-1129
Gessner, G., M. Zacharias, S. Bechstedt, R. Schönherr, S.H. Heinemann
- (2005) In vivo targeting of ERG potassium channels in mice and dogs by a positron-emitting analogue of fluoroclofilium. Experimental and Molecular Medicine 37 269-275
Kim, S.W., S.D. Yang, B.-J. Ahn, J.H. Park, D.S. Lee, G. Gessner, S.H. Heinemann, W. Herdering, K.H. Yu
- (2006) BKCa channels activating at resting potential without calcium LNCaP prostate cancer cells. Journal of Membrane Biology 208 229-240
Gessner, G., K. Schönherr, M. Soom, A. Hansel, M. Asim, A. Baniahmad, C. Derst, T. Hoshi, S.H. Heinemann
- (2007) Functional consequences of methionine oxidation of hERG potassium channels. Biochemical Pharmacology 74 702-707
Su, Z., J. Limberis, R.L. Martin, R. Xu, K. Kolbe, S.H. Heinemann, T. Hoshi, B.F. Cox, G. Gintant
- (2007) Shearinines D-K, new indole triterpenoids from an endophytic Penicillium sp. (strain HKI0459): isolation, structure determination, and blocking activity on large-conductance calcium-activated potassium channels. Tetrahedron 63 435-444
Xu, M., G. Gessner, I. Groth, C. Lange, A. Christner, Z. Deng, X. Li, S.H. Heinemann, S. Grabley, I. Sattler, W. Lin
- (2007) The amiodarone derivative methyl-3-(3,5-diiodo~4-carboxymethoxybenzyl)benzofuran (KBI30015) opens largeconductance Ca2+-activated K+ channels and relaxes vascular smooth muscle. European Journal of Pharmacology 555 185-193
Gessner, G., R. Heller, T. Hoshi, S.H. Heinemann
