Identifizierung von GABA-A Rezeptor Subtypen

A -Rezeptoren-Subtypen Forschungsprojekt P 14385Identifikation von GABA A -Rezeptoren-SubtypenWerner SIEGHART08.05.2000 Die -Aminobuttersäure (GABA) ist die quantitativ bedeutendste hemmende synaptische Überträgersubstanz im Zentralnervensystem und entfaltet einen Großteil ihrer Wirkung über die GABA A -Rezeptoren. GABA A - Rezeptoren sind Chlorid-Ionenkanäle, die durch GABA geöffnet werden können. Viele pharmakologisch und klinisch wichtige Substanzen, wie die Benezodiazepine, Barturate, neuroaktive Steroide, Anaesthetika und auch Krampfmittel, über ihre Wirkung über GABA A -Rezeptoren aus. GABA A -Rezeptoren bestehen aus fünf Untereinheiten, die verschiedenen Untereinheitsklassen angehören können. Da bisher 6a , 3b , 3g , 1d , 1e , 1p , 1q und 3r Untereinheiten identifiziert wurden, gibt es vermutlich eine große Anzahl an GABA A -Rezeptor-Subtypen mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Wieviele derartige Rezeptor- Subtypen tatsächlich im Gehirn vorkommen, ist derzeit nicht bekannt. Es wurden bisher auch nur ganz wenige dieser Subtypen identifiziert. In diesem Projekt soll ein beträchtlicher Teil der GABA A -Rezeptor-Subtypen im Gehirn identifiziert und ihre Untereinheitszusammensetzung sowie die relative Häufigkeit ihres Vorkommens bestimmt werden. Dazu sollen GABA A -Rezeptoren aus dem Gehirn von Ratten extrahiert und anschließend mit Hilfe einer von unserer Gruppe entwickelten subtraktiven Reinigungsmethode untersucht werden. Bei dieser Methode werden Rezeptoren, die eine bestimmte Untereinheit enthalten, mittels Untereinheit-spezifischer Antikörper entfernt. Die Untereinheitszusammensetzung und Menge der entfernten Rezeptoren sowie der Anteil an gleichzeitig mitentfernten Rezeptoren, die andere Untereinheiten enthalten, werden anschließend bestimmt. Aus einer Vielzahl derartiger Untersuchungen mit Antikörpern, die die einzelnen GABA A -Rezeptor Untereinheiten spezifisch erkennen, läßt sich berechnen, wie häufig bestimmte Untereinheitskombinationen in dem untersuchten Gehirnextrakt im selben Rezeptor vorkommen. Die einzelnen Rezeptor-Subtypen sollen dann nach Entfernung aller anderen Rezeptoren isoliert und charakterisiert werden. Die Information über Rezeptor-Subtypen, die in bestimmten Hirnarealen vorkommen, kann zur Entwicklung Rezeptor-Subtypen-spezifischer Medikamente verwendet werden, die gezielte zur Behandlung bestimmter Erkrankungen, wie Angst, Epilepsie oder Schlafstörungen eingesetzt werden können. Eine genaue Kenntnis der Rezeptor-Zusammensetzung in bestimmten Hirnarealen ist außerdem die Voraussetzung dafür, daß Änderungen in der Zusammensetzung von GABA A -Rezeptoren erfaßt werden können, die bei chronischem Medikamenten- bzw. Alkoholmißbrauch oder im Zuge bestimmter Erkrankungen des Gehirns, wie Epilepsie, Schlaganfall oder neurodegenerativer Erkrankungen auftreten.

Die Gamma-Aminobuttersäure (GABA) ist die quantitativ bedeutendste synaptische Überträgersubstanz im Zentralnervensystem und übt einen Großteil ihrer Wirkungen über sogenannte GABA A -Rezeptoren aus. GABA A - Rezeptoren sind Chloridionenkanäle, die durch GABA geöffnet werden können, und sind der Angriffspunkt von pharmakologisch und klinisch wichtigen Medikamenten, wie der Benzodiazepine, Barbiturate, Steroide und Anaesthetika. GABA A -Rezeptoren bestehen aus 5 Untereinheiten, die unterschiedlichen Untereinheits-klassen angehören können. Aufgrund der großen Zahl der bisher identifizierten Untereinheiten im Gehirn könnten sehr viele GABA A - Rezeptor Subtypen gebildet werden. Wieviele dieser Rezeptor-Subtypen tatsächlich im Gehirn vorkommen, ist nicht bekannt. Bisher konnten erst relativ wenige GABA A -Rezeptor Subtypen eindeutig identifiziert werden. Im Zuge dieses Forschungsprojekts konnte zum ersten Mal die Untereinheits-zusammensetzung, sowie die quantitative Bedeutung aller GABA A -Rezeptor Subtypen im Cerebellum von Maus und Ratte bestimmt werden. Weiters konnte gezeigt werden, dass es sowohl bei der Elimination, als auch bei der Überexprimierung von GABA A -Rezeptor Untereinheiten im Gehirn von Mäusen zu einer Veränderung der Rezeptor-Zusammensetzung kommt. Aus den beobachteten Änderungen konnte rückgeschlossen werden, welche Untereinheiten häufig gemeinsam in Rezeptoren vorkommen und wie die Zusammenlagerung der Untereinheiten zu intakten Rezeptoren möglicherweise funktioniert. Die in diesem Forschungsprojekt entwickelte Methodik kann nun dazu verwendet werden, um mögliche Veränderungen in der Rezeptor-Zusammensetzung im Zuge verschiedener Erkrankungen des Gehirns zu identifizieren. Informationen über GABA A -Rezeptor Subtypen, die in bestimmten Hirnarealen vorkommen, sowie über Änderungen in der GABA A -Rezeptor Zusammensetzung im Zuge von Erkrankungen, können lohnende Ziele einer Rezeptor-Subtyp-spezifischen Medikamentenentwicklung aufzeigen, und somit die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der pharmazeutischen Industrie stimulieren. Schließlich wurde im Zuge einer internationalen Zusammenarbeit ein Maus-Modell entwickelt und untersucht, das es erlauben wird, die elektrische Aktivität gewisser neuronaler Zelltypen im Gehirn rasch und reversibel zu verändern. Die Konsequenzen dieser Aktivitätsänderungen auf die Gesamtaktivität des Gehirns und auf das Verhalten der Tiere können dann in diesem Modell untersucht werden. Diese Strategie wird zu einem Durchbruch in der Hirnforschung führen, da sie Aufklärung darüber geben wird, wie einzelne Nervenzelltypen und ihre Rezeptoren zur Gesamtaktivität des Gehirns beitragen und dadurch Verhalten, Lernen und Gedächtnis beeinflussen.