Kalziumkanaldysfunktion bei menschlichen Erkrankungen

Familiäre hemiplegische Migraine Typ-1 (FHM1) und inkomplette kongenitale stationäre Nachtblindheit (CSNB2) sind humane Erkrankungen, welche durch Mutationen in unterschiedlichen Genen von sog. spannungsabhängigen Calcium-Kanälen entstehen. Ähnlich wie gezielte Mutationen in Mäusen stellen diese Erkrankungen hervorragende Modelle zur Aufklärung der Pathophysiologie der Migräne und retinaler Fehlfunktion dar. Untersuchung der funktionellen Auswirkungen einzelner Mutationen auf die jeweilige Kanalfunktion erlauben Vorhersagen über Veränderungen der Erregbarkeit von Nervenzellen im ZNS (FHM1) bzw. der Retina (CSNB2) und können diese mit den entsprechenden Krankheitsymptomen korrelieren. Dazu müssen diese Mutationen mittels molekularbiologischer Methoden in die poren-bildende Untereinheit humaner Ca2+-Kanäle eingeführt und die mutierten Kanäle in geeigneten Systemen funktionell exprimiert werden. Verändertes Öffnungs- und Schließungsverhalten kann anschießend mit elektrophysiologischen Methoden analysiert werden. Solche Analysen waren bisher für CSNB2 Mutationen unmöglich, da die Expression dieser Kalziumkanäle bisher nicht gelang. Unsere Arbeitsgruppe hat nun erstmals ein funktionierendes Testverfahren entwickelt. Damit wird im vorliegenden Forschungsprojekt die Analyse von CSNB2 Mutationen möglich. Im Gegensatz zu bisherigen Annahme, dass CSNB2 Mutationen zu einem völligen Verlust der Kanalfunktion führen, konnten wir in vorläufigen Experimenten bereits nachweisen, dass dies nicht für alle Mutationen zutrifft. Damit eröffnet sich für uns die Möglichkeit zu untersuchen, in welchem Ausmaß die Kanalfunktion beeinträchtigt sein muss, um das klinische Bild der CSNB2 hervorzurufen. Einige Mutationen sind auch in Proteinabschnitten lokalisiert, welche für die Modulation der Kanalfunktion durch intrazelluläres Ca2+ bedeutsam sind. Aufklärung der molekularen Grundlagen dieser Modulation ist daher ebenfalls Gegenstand unserer Untersuchungen. Neben der Änderung des Öffnungs- und Schließungsverhaltens kann auch die Expressionsdichte dieser Kanäle durch Mutationen, und somit die zelluläre Kanalaktivität verändert sein. Für FHM1 Mutationen haben wird dafür bereits experimentelle Evidenz aus funktionellen Untersuchungen. Gegenstand dieses Antrags ist die Anwendung eines neuartigen molekularbiologischen Verfahrens, welches die selektive Markierung der mutierten Kanäle in der Zellmembran erlaubt. Damit kann die veränderte Expression von Kalziumkanälen in kultivierten Neuronen untersucht werden. Daraus resultierende Ergebnisse werden sehr wesentlich zum Verständnis der Pathopyhsiologie und künftiger Therapiekonzepte auch für häufige Formen der Migräne beitragen.

Familiäre hemiplegische Migraine Typ-1 (FHM1) und inkomplette kongenitale stationäre Nachtblindheit (CSNB2) sind humane Erkrankungen, welche durch Mutationen in unterschiedlichen Genen von sog. spannungsabhängigen Calcium-Kanälen entstehen. Ähnlich wie gezielte Mutationen in Mäusen stellen diese Erkrankungen hervorragende Modelle zur Aufklärung der Pathophysiologie der Migräne und retinaler Fehlfunktion dar. Untersuchung der funktionellen Auswirkungen einzelner Mutationen auf die jeweilige Kanalfunktion erlauben Vorhersagen über Veränderungen der Erregbarkeit von Nervenzellen im ZNS (FHM1) bzw. der Retina (CSNB2) und können diese mit den entsprechenden Krankheitsymptomen korrelieren. Dazu müssen diese Mutationen mittels molekularbiologischer Methoden in die poren-bildende Untereinheit humaner Ca2+-Kanäle eingeführt und die mutierten Kanäle in geeigneten Systemen funktionell exprimiert werden. Verändertes Öffnungs- und Schließungsverhalten kann anschießend mit elektrophysiologischen Methoden analysiert werden. Solche Analysen waren bisher für CSNB2 Mutationen unmöglich, da die Expression dieser Kalziumkanäle bisher nicht gelang. Unsere Arbeitsgruppe hat nun erstmals ein funktionierendes Testverfahren entwickelt. Damit wird im vorliegenden Forschungsprojekt die Analyse von CSNB2 Mutationen möglich. Im Gegensatz zu bisherigen Annahme, dass CSNB2 Mutationen zu einem völligen Verlust der Kanalfunktion führen, konnten wir in vorläufigen Experimenten bereits nachweisen, dass dies nicht für alle Mutationen zutrifft. Damit eröffnet sich für uns die Möglichkeit zu untersuchen, in welchem Ausmaß die Kanalfunktion beeinträchtigt sein muss, um das klinische Bild der CSNB2 hervorzurufen. Einige Mutationen sind auch in Proteinabschnitten lokalisiert, welche für die Modulation der Kanalfunktion durch intrazelluläres Ca2+ bedeutsam sind. Aufklärung der molekularen Grundlagen dieser Modulation ist daher ebenfalls Gegenstand unserer Untersuchungen. Neben der Änderung des Öffnungs- und Schließungsverhaltens kann auch die Expressionsdichte dieser Kanäle durch Mutationen, und somit die zelluläre Kanalaktivität verändert sein. Für FHM1 Mutationen haben wird dafür bereits experimentelle Evidenz aus funktionellen Untersuchungen. Gegenstand dieses Antrags ist die Anwendung eines neuartigen molekularbiologischen Verfahrens, welches die selektive Markierung der mutierten Kanäle in der Zellmembran erlaubt. Damit kann die veränderte Expression von Kalziumkanälen in kultivierten Neuronen untersucht werden. Daraus resultierende Ergebnisse werden sehr wesentlich zum Verständnis der Pathopyhsiologie und künftiger Therapiekonzepte auch für häufige Formen der Migräne beitragen.