Deformations-induzierte Funktionsänderungen von Ionentransportern und Enzymen: Aktivierungsmechanismen und Bedeutung für die Phänotypmodulation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
lonenkanäle in Kardiomyocyten ändern ihre Offenwahrscheinlichkeit, wenn bei mechanischer Verformungen des Ventrikels Kräfte von der extrazellulären Matrix über Integrine und Cytoskelettkomponenten auf die Zellmembran übertragen werden. Im Ergebnis kann mechanische Deformation zu Arrhythmien führen. Im Antrag wurden isolierte Ventrikel-Myozyten mit definierter Schubspannung (Glastyli kalibrierter Steife) deformiert. 3-dimensionale konfokalen Aufnahmen lieferten Aussagen über die lokalen elastischen Eigenschaften der Zelle: diese sind nicht-linear (Steife steigt mit Stimulus) und anisotrop (kleinster Wert axial). Axiale Dehnung oder Stauchung führt zu lokalem misalignment von T-Tubuli und z-Streifen. Voltage-Clamp Untersuchungen zeigen "stretch modulation of ion currents" (SMIC) nur während axialer Verformung, nicht aber bei vertikalem oder lateralem Druck. Axiale Verformung aktiviert Ströme durch nicht-selektiver Kationenkanäle, die kaum gleichrichten und die blockierbar sind durch Gd3+ oder das Spinnengift GsMTX-4. Über ins Cytosol eingebrachte Antikörper und pharmakologische Eigenschaften (DAG-Aktivterung) wurden Hinweise dafür gewonnen, dass diesem Strom das Kanalprotein TRPC6 zu Grunde liegt. Axiale Verformung deaktiviert einwärts- gleichrichtende K+- Kanäle, die durch Cs+ blockierbar sind; Antikörper (Kir2.3) deuten auf Kir2.3 als das zugrunde liegende Protein. Da sich die lonenkanalaktivität nicht nur im deformierten sondern auch im nicht deformierten Zellbereich ändert, wurde nach Möglichkeiten der Signalausbreitung gesucht. Es wurden Hinweise für folgende Hypothese gefunden: 1) mechanische Verformung ("misalignment") der T-Tubuli aktiviert Integrine; fehlt misalignment, kommt es nicht zur Kanalmodulation). 2) Das Netz von Tubulin und Aktinfilamenten könnte das Signal mechanisch über die Zelle leiten (Block durch Cytochalasin D oder durch Colchizin; Tensigrity Modell), nachfolgende Aktin- Polymerisiation erhöht die Zellsteife und SMIC-Sensitivität (Block durch BDM). 3) In der Folge werden aktiviert Angiotensin-Rezeptoren (Typ 1; Simulation der Strommodulation durch ATII, Block durch Losärtan) mit der Konsquenz weiterer Aktivierung von PIs-Kinase (Block durch LY29), NADP(H)-Oxidase (Block durch DPI oder Apocynin) und Anstieg der Konzentration von O2- im Cytosol (Block durch Tiron; Simulation durch H2O2) sowie der Aktivierung von eNOS (Block durch LNMMA; Fehlen in Zellen in eNOS-/- Mäusen) und dem Anstieg der cytosolischen Nitroxyd-Konzentration (Block durch PTIO). Wahrscheinlich reagierten O2- und NO zu Peroxynitrit (Simulation durch exogenes Peroxynitrit, Block durch Urat), das als diffusibler second messenger Phospholipasen (C, A2) aktiviert (Block durch AACDF3 oder D609; Simulation mit bakterieller PLC) und dadurch DAG freisetzt (Simulation durch OAG). Wir postulieren, dass Änderungen der Phosphollpkonzentration (Simulation der SMIC durch exogene Ölsäure oder die Amphipaths Chlorpromazin oderTritonX) die lokale Membrankrümmung modulieren, und dass diese Membrankrümmung die Konformation des Kanalproteins steuert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006). Force calibration of micro pipettes for single-cell probing. IMEKO World Congress I S , 100-116
Peiner E, Doering L, Brand U, Christ A, Isenberg G, & Balke M
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(2008). Bending of z-lines by mechanical stimuli: an input signal for integrin dependent modulation of ion channels? Progr Biophys Mol Biol 97, 196-216
Dyachenko V, Christ A, Gubanov R, & Isenberg G
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(2008). Mechanical deformation of ventricular myocytes modulates both TRPC6 and Kir2.3 channels. Cell Calcium
Dyachenko V, Husse B, Rueckschloss U, & Isenberg G
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(2008). Modulation of cardiac mechanosensitive ion channels involves Superoxid, nitric oxide and peroxynitrit. Cell Calcium
Dyachenko V, Rueckschloss U, 8i Isenberg G
