Aktivierung von CFTR-Chloridkanälen durch Phosphatidylinositol-Phosphate (PIP)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
CFTR ist ein Chloridkanal, der bei der Erbkrankheit Mukoviszidose defekt ist, und gehört zur großen Proteinfamilie der ABC-Transporter. CFTR-Chloridkanäle werden durch die cAMPabhängige Proteinkinase (PKA) aktiviert, reagieren also direkt auf cytoplasmatische cAMPKonzentration. Wir haben nun gezeigt, dass CFTR durch das Signalmolekül und Membranlipid Phosphatidylinositoldiphosphat (PIP2) ohne Proteinphosphorylierung aktiviert werden kann (Himmel und Nagel, 2004). Leider ist es uns nicht gelungen, den Mechanismus der PIPj-Aktivierung von CFTR aufzuklären. Nach meinem Wechsel vom MPI Biophysik in Frankfurt/Main an die Universität Würzburg nutzten wir CFTR zur schnellen Messung der cytoplasmatischen cAMP-Konzentration. Wir koexprimierten CFTR mit einer kürzlich aus dem grünen Flagellaten Euglena gracilis klonierten Licht-aktivierten Adenylatcyclase (PAC) in Oozyten von Xenopus laevis und konnten damit heterolog exprimiertes PAC mutagenisieren und charakterisieren (Schröder-Lang et al., 2007). Obwohl PAC in Euglena gracilis vermutlich ein Tetramer aus 2 PACa und 2 PACß Untereinheiten bildet (Iseki et al., 2002), konnten wir in Oozyten zeigen, dass PACa allein sehr effizient und schnell auf Blaulicht mit einer Erhöhung der cAMP-Konzentration reagiert. Im Gegensatz dazu wird von PACß allein ca. lOOx mehr Protein benötigt, um eine ähnliche [cAMP]-Erhöhung zu bewirken. In Zusammenarbeit mit Martin Schwärzel (Univ. Saarbrücken) publizierten wir auch seine Ergebnisse über PACa in Neuronen von lebenden Drosophila melanogaster, bei denen Belichtung zu signifikanten Verhaltensänderungen führte (Schröder-Lang et al., 2007). Es existieren zahlreiche Publikaüonen, die nahelegen, dass CFTR ein negativer Regulator des epithelialen Natriumkanals ENaC sei. Wir haben jedoch in einer Zusammenarbeit mit anderen CFTR-Forschem nachgewiesen, dass eine solche Regulation nicht existiert (Nagel et al., 2005) und auch gezeigt, wie der Eindruck einer negativen Regulation durch unzureichende Messtechnik entstehen kann (Nagel, 2004).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Himmel, B. & Nagel, G. (2004) Protein kinase-independent activation of CFTR by phosphatidylinositol phosphates. EMBO reports 5, 85-90.
- Nagel, 0., P. Barbry, H. Chabot, E. Brochiero, K. Härtung and R. Grygorczyk. (2005) CFTR fails to inhibit the epithelial sodium channel ENaC expressed in Xenopus laevis oocytes. J Physiol (Lond) 564: 671-682.
- Nagel, G. (2004) CFTR, investigated with the two-electrode voltage-clamp technique: the importance of knowing the series resistance. Journal of Cystic Fibrosis 3: 109- 111
- Nagel, G., Hegemann, P., Schwärzel, M. (2007) Algen, Froscheier und Putzfimmel bei Fliegen: Neues Werkzeug zur Licht-gesteuerten Manipulation von Zellen und Tieren. BlOfonim 06/2007, S. 46-47, GIT VERLAG GmbH & Co. KG, Damistadt Arbeits- und Ergebnisbericht zu Forschungsvorhaben
- Schröder-Lang, S., M. Schwärzel, R. Seifert, T. Strünker, S. Kateriya, J. Looser, M. Watanabe, U. B. Kaupp, P. Hegemann, G. Nagel (2007) Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo. Nat Methods 4:39-42.
