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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-14158
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2008/1415/


Elektrophysiologische Charakterisierung von TRPM3 Ionenkanälen

Electrophysiological characterization of TRPM3 ion channels

Loch, Sabine Petra

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SWD-Schlagwörter: Ionenkanal , Nifedipin
Freie Schlagwörter (Deutsch): TRPM3 , Pregnenolonsulfat , fraktioneller Calciumstrom
Freie Schlagwörter (Englisch): ion channel , nifedipine , pregnenolon sulfate , TRPM3 , fractional calcium current
Institut: Fachrichtung 2.4 - Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Flockerzi, Veit (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.12.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 22.01.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Ionenkanäle sind Transmembranproteine, die nur für bestimmte Ionen durchlässige Poren in den Membranen der Zellen ausbilden. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Steuerung fundamentaler Lebensprozesse und sind daher in allen Zellen zu finden. Für das Verständnis der physiologischen Funktion eines Ionenkanals, ist die Kenntnis seiner Aktivierungs- und Regulationsmechanismen sowie seiner Selektivitäts- und Permeationseigenschaften von grundlegender Bedeutung. In der vorliegenden Promotionsarbeit wurden diese Eigenschaften von TRPM3, einem der am schlechtesten charakterisierten Mitglieder der TRP-Proteinfamilie, mit Hilfe der Elektrophysiologie untersucht. TRPM3a2 - eine durch alternatives Spleißen gebildete TRPM3-Variante, die einen Ca2+-permeablen Kationenkanal ausbildet - wird durch das Neurosteroid Pregnenolonsulfat und in geringerem Maße auch durch die Pregnenolonsulfat strukturell sehr nahestehenden Neurosteroide Pregnenolon, Dehydroepiandrosteron und Dehydroepiandrosteronsulfat sowie dem L-Typ Ca2+-Kanal-Blocker Nifedipin aktiviert. Im ersten Kapitel wurden die Dosis-Wirkungskurven der verschiedenen Agonisten ermittelt. Weiterhin wurde gezeigt, dass Neurosteroide TRPM3a2 nur von der extrazellulären Seite her aktivieren und dass Nifedipin an eine von den Neurosteroiden abweichende Bindungsstelle bindet. Die Ergebnisse des zweiten Kapitels zeigen, dass TRPM3a2 eine hohe Permeabilität für alle divalenten Kationen aufweist. Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Agonist Pregnenolonsulfat die Eigenschaften des Selektivitätsfilters nur geringfügig beeinflusst. Im dritten Kapitel wurden die Interaktionen der permeierenden Kationen mit der ionenleitenden Pore näher untersucht. So konnte gezeigt werden, dass Ca2+ nur eine recht schwach-affine Bindungsstelle in der Pore besitzt. Trotzdem beträgt - unter annähernd physiologischen Bedingungen - der Ca2+-getragene Anteil des Stromes durch TRPM3a2-Kanäle 24%. Dieser Anteil ist für TRPM3a2-Kanäle viel höher als für andere TRP-Kanäle, die durch schnellwirkende Agonisten reguliert werden. Im vierten Kapitel wurde gezeigt, dass die Aktivität von TRPM3a2 durch intrazelluläres Mg2+, extrazelluläre Protonen und extrazelluläre, monovalente Kationen reguliert sowie durch die unspezifischen Kationenkanalblocker Gd3+, La3+ und Rutheniumrot gehemmt wird. Die in den vier Kapiteln ausgearbeiteten biophysikalischen Eigenschaften von TRPM3a2-Kanälen bilden das Fundament für zukünftige Untersuchungen, mit denen es nun möglich ist, endogene TRPM3a2-Kanäle zu identifizieren und ihre physiologische Funktion aufzuklären.
Kurzfassung auf Englisch: Ion channels are transmembrane proteins that provide pathways for the movement of ions across cellular membranes. Ion channels play a cruical role in the regulation of fundamental life processes and are therefore found in the membranes of every cell. In order to understand the physiological function of an ion channel, knowledge about its activation and regulation mechanisms as well as its selectivity and permeation properties is of fundamental importance.
In the present study, these properties of TRPM3, one of the least characterized members of the TRP ion channel family, were investigated electrophysiologically. TRPM3a2 - a TRPM3 splice variant, which can form Ca2+ permeable cation channels - is activated by pregnenolone sulfate and - to a much lesser extent - by its structurally closely relatives pregnenolone, dehydroepiandrosterone and dehydroepiandrosterone sulfate as well as the L-type Ca2+ channel blocker nifedipine. The first chapter of the present study focuses on the dose-response curves of the different agonists. Moreover, the data presented in this chapter demonstrate that the neurosteroids activate TRPM3a2 exclusively from the extracellular side and that nifedipine binds to TRPM3a2 at another binding site than the neurosteroids. The results of the second chapter show that TRPM3a2 is highly permeable for divalent cations. They also demonstrate that the agonist pregnenolone sulfate has only minor effects on the properties of the selectivity filter. In the third chapter the interactions of TRPM3a2 permeating ions with the ion conducting pore were analysed. The results show that the pore of TRPM3a2 channels contains only a low affinity binding site for Ca2+ ions. Nevertheless, the fraction of current carried by Ca2+ amounts 24% under nearly physiological conditions. This fraction is much higher for TRPM3a2 than for other TRP channels regulated by fast-acting agonists. The fourth chapter demonstrates that the activity of TRPM3a2 is regulated by intracellular magnesium, extracellular protons and extracellular monovalent cations and is inhibited by the unspecific cation channel blocker Gd3+, La3+ and ruthenium red. The biophysiological properties of TRPM3a2 channels determined in this thesis can be used to identify endogenous TRPM3 channels and to determine their physiological functions.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen der Fakultät 8

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