FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-43139
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2009/4313/


Inhibition spannungsabhängiger Kaliumkanäle aus Rattus norvegicus (John Berkenhout, 1769) durch einen allosterischen Effektor

Hornig, Sönke

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (6.907 KB) 


SWD-Schlagwörter: Spannungskontrollierter Ionenkanal
Freie Schlagwörter (Deutsch): Porenblocker , Gating-Modifizierer
Freie Schlagwörter (Englisch): Pore blocker , Gating modifier
Basisklassifikation: 44.40 , 42.13 , 44.39 , 42.12
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Pongs, Olaf (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.08.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 18.11.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Interaktion des vierfach-symmetrischen Kaliumkanalblockers Tetraphenylporphyrin-Derivat #3 (Porphyrin #3, Porphyrin) mit spannungsabhängigen Kaliumkanälen unterschiedlicher Kanalfamilien mit elektrophysiologischen Methoden untersucht. Ergebnisse aus der Strukturanalyse, die mit der NMR-Technik erzielt wurden, und Erkenntnisse aus Fluoreszenzmessungen, die mithilfe der Bilayer-Technik gewonnen wurden, flossen vor allem bei der Bewertung der Wechselwirkung von Porphyrin #3 mit den Lipiden der Membran mit ein. Diese wurden von kooperierenden Arbeitsgruppen zur Verfügung gestellt.
Die elektrophysiologischen Experimente, die an Xenopus-Oozyten durchgeführt wurden, zeigten, dass die Bindung des Porphyrins mit hoher Kooperativität erfolgte. Dies spiegelte sich in einer steilen Konzentrations-Wirkungskurve wider (Hill-Koeffizienten: 4,7-5,3) und führte zu dem Schluss, dass es sich bei Porphyrin #3 um einen allosterischen Effektor handelt. Die Bindung, die neben einem Porenblock auch die Inhibition des Spannungssensors beinhaltete, erfolgte präferentiell an den geschlossenen Kanal. Die Inhibition des Spannungssensors zeigte sich über die Messung der Gatingströme und die Aktivierungs- und Deaktivierungskinetik und resultierte mutmaßlich aus einer gestörten Kanal-Lipid-Interaktion, die durch eine Anreichung von Porphyrin #3 in die Membran verursacht wurde. Aufgrund der Spezifität von Porphyrin #3 für die Kv1-Familie wird auch eine direkte Bindung an den Spannungssensor für wahrscheinlich erachtet. Für die Beschreibung des Inhibitionsmechanismus wurde das Symmetrie-Modell nach Monod, Wyman und Changeux (MWC, 1965), das die Wechselwirkung von Liganden mit allosterischen Proteinen beschreibt, verwendet.
Der Block durch Porphyrin war spannungsabhängig und bei negativen Testpotentialen stärker ausgebildet. Dies hatte eine Verschiebung der Aktivierungskurve zu positiveren Potentialen zur Folge. Die Ursache dafür wird vor allem in der Bindung innerhalb des elektrischen Feldes gesehen, in das einer der positiv geladenen Seitenarme des Porphyrinmoleküls eindringen muss, um die Bindungsstelle im Selektivitätsfilter zu erreichen (Ader et al., 2008). Für Shaker-Kanäle zeigte sich, dass eine Aminosäureposition, die sich unweit des Selektivitätsfilters am Porenausgang befindet, die Affinität durch Porphyrin #3 stark beeinflusste: Der Austausch der positiv geladenen Aminosäure Arginin zu der aromatischen Aminosäure Tyrosin führte bei Kv1.5 zu einer Erhöhung der Affinität. Porphyrin #3 hatte auf den Kv2.1- und Kv11.1-Kanal einen geringen inhibitorischen Effekt, auf den Kv7.1- und Kv11.1-Kanal keinen inhibitorischen Effekt. Inside-out- und Outside-out-Messungen mit Kv1.3 zeigten, dass Porphyrin #3 den Kanal ausschließlich von außen blockierte. Die Bindung in der Pore wurde nicht, wie z.B. für Kaliotoxin beschrieben (Legros et al., 2000), durch eine hohe extrazelluläre Kaliumkonzentration beeinflusst. Auch der Aminosäureaustausch in einer extrazellulären Porenregion (Turret) von einer sterisch kleinen (Glyzin) zu einer sterisch großen Aminosäure (Phenylalanin) hatte im Gegensatz zu Experimenten mit dem Porenblocker Kaliotoxin keinen Einfluss auf die Bindung.
Das Tetraphenylporphyrin-Derivat Antidot weist eine große strukturelle Ähnlichkeit zu Porphyrin #3 auf, besitzt aber negativ geladene Seitenarme und zeigt keine inhibitorischen Eigenschaften. Es bildete Komplexe mit Porphyrin #3 und beschleunigte dadurch in den Experimenten die Auswaschgeschwindigkeit konzentrationsabhängig, wenn es der Kontrolllösung zugesetzt wurde.
Die Porphyrin-Abkömmlinge EL1 und EL2 besitzen T-förmige Gestalt und wurden durch Übertragung einer Seitenkette von Porphyrin #3 auf zwei verschiedene Kohlenstoffketten, die einer Flanke des Porpyhrinringes ähneln, hergestellt. Sie zeigten eine selektive Wirkung auf den Kv1.1- und den Kv1.3-Kanal mit geringer Affinität als Porphyrin #3.
Die Verwendung der in dieser Arbeit eingesetzten Kanalblocker als strukturelle Grundlage für die Herstellung selektiver Kanalblocker wird für Porphyrin #3 aufgrund der starken „Nebenwirkungen“ als negativ eingeschätzt, für EL1 und EL2 als positiv.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende