Funktionelle Expression von epitopmarkierten KV4.2-Kanälen in kultivierten hippokampalen Neuronen

Abstract

In Nervenzellen spielt der durch den KV4.2/KChIP/DPP-Kanal-Komplex vermittelte somatodendritische A-Typ-Strom (ISA) eine bedeutende Rolle für die Kontrolle dendritischer Erregbarkeit. Die schnelle, unterschwellige Aktivierung und rasche Inaktivierung des ISA ist zusammen mit dem aktivitätsabhängigen Ein- und Ausbau von KV4.2 in die Zellmembran eine Voraussetzung für wesentliche Prozesse der neuronalen Plastizität. KChIPs sind beta-Untereinheiten, welche die KV4.2 Oberflächenexpression verstärken und die Eigenschaften des ISA mitbedingen. Die Auswirkung der Interaktion von KV4.2 mit KChIPs wurde bereits in Zellkulturlinien erforscht. In dieser Arbeit wurde mittels heterologer Expression von epitopmarkierten, KChIP-bindungsfähigen und -bindungsdefizienten KV4.2-Kanälen untersucht, in wieweit sich diese Ergebnisse auf die KV4.2/KChIP-Interaktion in kultivierten hippokampalen Neuronen übertragen lassen. Es wurden elektrophysiologische Untersuchungen mittels Patch-Clamp mit Whole-Cell- und Nucleated-Patch-Ableitungen an hippokampalen Neuronen der Ratte durchgeführt, welche zuvor mit EGFP, hKV4.2wt-HA-EGFP, hKV4.2A14K-HA-EGFP, beziehungsweise hKV4.2600delta-HA-EGFP oder hKChIP2.1 transfiziert worden waren. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass KChIP-Interaktion keine notwendige Voraussetzung für die KV4.2 Membraninsertation ist, diese jedoch vermutlich positiv beeinflusst. Zusätzlich deuten die Ergebnisse darauf hin, dass KChIPs die Erholung von der Inaktivierung begünstigten und die Steady-State-Inaktivierung zu positiveren Potentialen verschieben. Ob durch KChIP-Interaktion eine Umverteilung von KV4.2 in die Dendriten stattfindet konnte durch die Nucleated-Patch-Messungen nicht nachgewiesen werden. Es zeigen sich aber Hinweise, dass KChIP die AMPA-induzierte, aktivitätsabhängige Internalisierung von KV4.2 begünstigt. Ob es durch Calciumbindung zu veränderten Eigenschaften des KV4.2/KChIP-Komplexes kommt bleibt offen. Insgesamt scheint KChIP in hippokampalen Neuronen geeignet, wenn auch nicht essentiell, die neuromodulatorischen Effekte des KV4.2-Kanals zu unterstützen.

The somatodendritic A-type current (ISA) evoking KV4.2/KChIP/DPP channel complex plays an important role in the control of dendritic excitability in neurons. Fast and subthreshold ISA activation as well as fast inactivation, in combination with activity dependent membrane insertion and removal of KV4.2, are critical involved in neuronal plasticity. KChIPs are auxiliary beta-subunits, which enhance the KV4.2 surface expression and modify properties of the ISA. The effects of the KV4.2/KChIP-interaction have been investigated in immortalized cell lines. Using heterologous expression of epitope-tagged KChIP binding and KChIP binding-deficient KV4.2 channels, this thesis investigates to which extent the results can be transferred to the KV4.2/KChIP interaction in cultured hippocampal neurons. Electrophysiological experiments were performed with Patch Clamp in Whole-Cell and Nucleated-Patch technique, using hippocampal rat neurons which have been transfected before with EGFP, hKV4.2wt-HA-EGFP, hKV4.2A14K-HA-EGFP, hKV4.2600delta-HA-EGFP, respectively or hKChIP2.1. The results indicate that KChIP-interaction is not a prerequisite for KV4.2 membrane insertion, but may affect membrane insertion positively. Additionally, the results indicate that KChIP promotes the recovery from inactivation and shifts the steady-state inactivation curve to more positive potentials. Nucleated-Patch experiments did not provide evidence of KV4.2 redistribution into dendrites through KChIP binding. There is an indication that KChIP promotes AMPA induced, activity-dependent internalization of KV4.2. If calcium binding leads to modified properties of the KV4.2/KChIP complex still remains unsettled. Altogether, even if not essential, KChIP appears to support the neuromodulatory effects of KV4.2.