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Mitochondrien sind die Kraftwerke" der Zellen. In der inneren Membran befinden sich die Komplexe der Atmungskette, der Enzymkomplexe, die die oxidative Phosphorylierung bewirken. Zusätzlich scheinen sie auf einen Ionenkanal in der inneren Membran zu wirken, den calciumaktivierten Kaliumkanal vom Typ BK, der seinerseits die Permeability Transition Pore (PTP)" steuern kann und damit in Kaskaden des Zelltods eingreift. Dieser Mechanismus wird von uns mit der Patch-Clamp-Methode an Mitoplasten, d.h. Vesikeln aus innerer Membran, genauer untersucht. Bei geöffnetem BK wird die PTP geschlossen gehalten, bei geschlossenem BK geht die PTP auf. Die Steuerung des BK ist also für die Protektion der Neurone interessant. P. Bednarczyk und D. Siemen zeigen, dass der BK unter dem Einfluss der Atmungsketten-Substrate NADH, Succinat, oder Glutamat/Malat gehemmt wird. Der Effekt ist unter dem Einfluss von verschiedenen Inhibitoren der Atmungskette reversibel. Dieses ist der erste Nachweis einer strukturellen und funktionellen Kopplung eines Ionenkanals an die Atmungskette.

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) und ihre Metabolite können eine Reihe von biochemischen Prozessen modulieren und damit in verschiedene Krankheiten und das Schmerzgeschehen eingreifen. Dabei können sie mit K-Kanälen in der Plasmamembran und in Zellorganellen interagieren. Wir haben zeigen können, dass es Interaktion zwischen (PUFAs) und Ca2+-aktivierten mitochondrialen K-Kanälen vom Typ BK (mtBK) gibt. So erhöht Arachidonsäure die Wahrscheinlichkeit, dass der mtBK sich im offenen Zustand befindet.
Während die Cystein-Protease Calpain PTP und mtBK kaum beeinflusst, bewirkt ihr Antagonist Calpeptin deutliche Inhibition beider Kanäle. Unsere Ergebnisse erhalten weitere Bedeutung, weil wir in unserem Labor zeigen konnten (Kooperation mit E. Gulbins, Essen), dass Proteine vom Bcl-2-Typ ebenfalls den mtBK beeinflussen können und damit auch die PTP selbst. Dieses Ergebnis unterstreicht die Rolle der beiden Ionenkanäle bei der Apoptose und damit ihren Wert für potentiell neuroprotektive Interventionen. Er kann damit für das Verständnis neurodegenerativer Prozesse allgemein von Bedeutung sein.

Kooperationen:

Prof. Adam Szewczyk Ph.D., Polish Academy of Sciences, Nencki Institute of Experimental Biology, Warschau

Prof. Dr. Erich Gulbins, Institut für Molekularbiologie (Tumorforschung), Universitätsklinikum Essen