Kv-Kanal-Interagierende Proteine (KChIPs) als Calciumsensoren für Kv4-Kanäle

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424246803

Kaliumkanäle kontrollieren das Ruhemembranpotenzial und die Membranerregung bei den unterschiedlichsten Zelltypen, was sich in der großen Zahl unterschiedlicher Kaliumkanal-Typen und -Unterfamilien widerspiegelt. Spannungsabhängige Kaliumkanäle (Kv-Kanäle), insbesondere solche aus der Kv4-Unterfamilie, spielen eine zentrale Rolle bei der Repolarisation von Kardiomyozyten und bei der kontrollierten Erregungsausbreitung in den dendritischen Ausläufern von Neuronen. Die Kv4-Kanäle in der Membran von Kardiomyozyten und von neuronalen Dendriten liegen als Komplexe mit Kv-Kanal-Interagierenden Proteinen (KChIPs) vor. KChIPs gehören zur Neuronalen-Calcium-Sensor (NCS)-Familie Calcium-bindender EF-Hand-Proteine. Sowohl in Kardiomyozyten als auch in Neuronen sind lokale zytoplasmatische Calcium-Konzentrationsschwankungen ein zentraler Bestandteil der normalen Zellfunktion und der Plastizität. Ein Anstieg der zytoplasmatischen Calcium-Konzentration über den normalen Schwankungsbereich kann aber auch zu pathophysiologischen Prozessen bis hin zum Zelltod führen. Seit ihrer Entdeckung als spezifische β-Untereinheiten von Kv4-Kanälen wird den KChIPs, basierend auf der Tatsache, dass sie zur NCS-Familie gehören, die Rolle eines Calciumsensors für Kv4-Kanäle zugeschrieben. Es existieren auch Hinweise auf eine solche Rolle in der Literatur. Ob Calcium-abhängige Konformationsänderungen der KChIPs die Kv4/KChIP-Komplexbildung beeinflussen, oder ob Calcium-abhängige Konformationsänderungen der KChIPs in bereits bestehenden Komplexen direkt auf den Kv4-Kanal übertragen werden, wurde bisher allerdings nicht im Detail untersucht und ist nicht belegt. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist deshalb die molekulare Aufklärung der Rolle von KChIPs als Calcium-Sensoren für Kv4-Kanäle bei physiologischen und pathophysiologischen Calcium-Konzentrationsschwankungen. Fluoreszenzmessungen mit epitopmarkierten Kv4-α- und KChIP-β-Untereinheiten sowie elektrophysiologische Messungen von Kv4/KChIP-vermittelten Strömen bei unterschiedlichen zytoplasmatischen Calcium-Konzentrationen, kombiniert mit der Verwendung von KChIPs, deren Calcium-Bindestellen mutiert sind, sollen darüber Auskunft geben.