Funktion von Kv4.2/KChIP3-Kanalkomplexen in Gegenwart des lysosomalen Proteins CLN3

Abstract

Kv4.2-Kanäle sind spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, die sowohl schnell aktivieren als auch schnell inaktivieren. Sie vermitteln den A-Typ-Strom (ISA) und regulieren die dendritische Erregung im ZNS. An diesen Kanal kann sich KChIP3 als akzessorische beta-Untereinheit anlagern und dessen Stromeigenschaften beeinflussen. Außerdem wirkt KChIP3 durch seine Interaktion mit DNA als Transkriptionsrepressor und interagiert mit dem Ca2+-Signaling-Protein Presenilin sowie mit dem lysosomalen Protein CLN3. In der vorliegenden Arbeit konnte dementsprechend gezeigt werden, dass bei Coexpression von CLN3 in HEK293-Zellen die KChIP3-Modulation auf Kv4.2-Kanäle reduziert war. Diese Wirkung war besonders stark ausgeprägt am 2. Tag nach Transfektion, bei Verwendung von Zellen mit transient transfiziertem Kv4.2-Kanal, und bei einem 20-fachen CLN3-Überschuss gegenüber KChIP3. Bestimmte Mutationen im CLN3-Gen können die neuropädiatrische Erkrankung JNCL hervorrufen, bei der Neuronen des ZNS absterben. In den Experimenten mit der Deletionsmutante CLN3ΔC, bei welcher es sich um die häufigste JNCL-auslösende Mutante handelt, und mit der Punktmutante CLN3R334C zeigte sich im Vergleich zum CLN3-Wildtyp-Protein eine Abschwächung des CLN3-Effekts, was einer weniger ausgeprägten Reduzierung der KChIP3-Modulation von Kv4.2-Kanälen entsprach. Die zyto-plasmatische Calciumkonzentration hatte sowohl auf die KChIP3-Modulation als auch den CLN3-Effekt einen Einfluss. Eine Erhöhung auf 50 µM [Ca2+]i zeigte zwei Wirkungskomponenten: Erstens ein schneller, direkt nach Zellöffnung und nur bei Coexpression von CLN3 auftretender Effekt, der sich in einer Reduzierung des CLN3-Effekts äußerte. Zweitens ein im zeitlichen Verlauf der Messung progredienter Effekt, der sowohl in An- als auch in Abwesenheit von CLN3 zu einer Abnahme der KChIP3-Modulation führte.

Kv4.2 channels are voltage-gated potassium channels, which activate and inactivate rapidly. They elicit the A-type current (ISA) and regulate dendritic excitation in the central nervous system. The accessory β-subunit KChIP3 can bind to this channel and influence its current characteristics. KChIP3 can also interact with DNA to function as a transcriptional repressor, with the Ca2+ signaling protein presenilin, and with the lysosomal protein CLN3. Accordingly, in the present study it could be shown that the KChIP3 modulation of Kv4.2 channels was reduced when CLN3 was coexpressed in HEK293 cells. This effect was especially pronounced on the 2nd day after transfection, when cells were transiently transfected with Kv4.2 and with a twenty-fold excess of CLN3 relative to KChIP3. Certain mutations of the CLN3 gene can cause the neuropediatric disease JNCL, which leads to neuronal cell death in the central nervous system. In experiments with the deletion mutant CLN3ΔC, the most common mutant causing JNCL, and with the point mutant CLN3R334C, the CLN3 effect was weaker compared to CLN3 wild-type; i. e., the reduction of the KChIP3 modulation of Kv4.2 channels was milder. The cytoplasmic calcium concentration affected both the KChIP3 modulation of Kv4.2 channels itself, and the CLN3 effect on the KChIP3 modulation. An increase to 50 µM [Ca2+]i had two different consequences: First, in coexpression experiments the CLN3 effect on KChIP3 modulation was reduced rapidly and directly after cell-opening. Second, KChIP3 modulation itself decreased progressively over time, both with and without coexpressed CLN3.