TY  - THES
A1  - Janzen, Dieter
T1  - Functional analysis of ion channels and neuronal networks in 2D and 3D \(in\) \(vitro\) cell culture models
T1  - Funktionelle Analyse von Ionenkanälen und neuronalen Netzwerken in 2D und 3D \(in\) \(vitro\) Zellkulturmodellen
N2  - In the central nervous system, excitatory and inhibitory signal transduction processes are mediated by presynaptic release of neurotransmitters, which bind to postsynaptic receptors. Glycine receptors (GlyRs) and GABAA receptors (GABAARs) are ligand-gated ion channels that enable synaptic inhibition. One part of the present thesis elucidated the role of the GlyRα1 β8 β9 loop in receptor expression, localization, and function by means of amino acid substitutions at residue Q177. This residue is underlying a startle disease phenotype in the spontaneous mouse model shaky and affected homozygous animals are dying 4-6 weeks after birth. The residue is located in the β8 β9 loop and thus part of the signal transduction unit essential for proper ion channel function. Moreover, residue Q177 is involved in a hydrogen network important for ligand binding. We observed no difference in ion channel trafficking to the cellular membrane for GlyRα1Q177 variants. However, electrophysiological measurements demonstrated reduced glycine, taurine, and β alanine potency in comparison to the wildtype protein. Modeling revealed that some GlyRα1Q177 variants disrupt the hydrogen network around residue Q177. The largest alterations were observed for the Q177R variant, which displayed similar effects as the Q177K mutation present in shaky mice. Exchange with structurally related amino acids to the original glutamine preserved the hydrogen bond network. Our results underlined the importance of the GlyR β8 β9 loop for proper ion channel gating.
GlyRs as well as GABAARs can be modulated by numerous allosteric substances. Recently, we focused on monoterpenes from plant extracts and showed positive allosteric modulation of GABAARs. Here, we focused on the effect of 11 sesquiterpenes and sesquiterpenoids (SQTs) on GABAARs. SQTs are compounds naturally occurring in plants. We tested SQTs of the volatile fractions of hop and chamomile, including their secondary metabolites generated during digestion. Using the patch-clamp technique on transfected cells and neurons, we were able to observe significant GABAAR modulation by some of the compounds analyzed. Furthermore, a possible binding mechanism of SQTs to the neurosteroid binding site of the GABAAR was revealed by modeling and docking studies. We successfully demonstrated GABAAR modulation by SQTs and their secondary metabolites.

The second part of the thesis investigated three-dimensional (3D) in vitro cell culture models which are becoming more and more important in different part of natural sciences. The third dimension allows developing of complex models closer to the natural environment of cells, but also requires materials with mechanical and biological properties comparable to the native tissue of the encapsulated cells. This is especially challenging for 3D in vitro cultures of primary neurons and astrocytes as the brain is one of the softest tissues found in the body. Ultra-soft matrices that mimic the neuronal in vivo environment are difficult to handle. We have overcome these challenges using fiber scaffolds created by melt electrowriting to reinforce ultra-soft matrigel. Hence, the scaffolds enabled proper handling of the whole composites and thus structural and functional characterizations requiring movement of the composites to different experimental setups. Using these scaffold-matrigel composites, we successfully established methods necessary for the characterization of neuronal network formation. Before starting with neurons, a mouse fibroblast cell line was seeded in scaffold-matrigel composites and transfected with the GlyR. 3D cultured cells displayed high viability, could be immunocytochemically stained, and electrophysiologically analyzed. 
In a follow-up study, primary mouse cortical neurons in fiber-reinforced matrigel were grown for up to 21 days in vitro. Neurons displayed high viability, and quantification of neurite lengths and synapse density revealed a fully formed neuronal network already after 7 days in 3D culture. Calcium imaging and patch clamp experiments demonstrated spontaneous network activity, functional voltage-gated sodium channels as well as action potential firing. By combining ultra-soft hydrogels with fiber scaffolds, we successfully created a cell culture model suitable for future work in the context of cell-cell interactions between primary cells of the brain and tumor cells, which will help to elucidate the molecular pathology of aggressive brain tumors and possibly other disease mechanisms.
N2  - Im zentralen Nervensystem wird die exzitatorische und inhibitorische Signaltransduktion durch die präsynaptische Ausschüttung von Neurotransmittern, die an postsynaptische Rezeptoren binden, gesteuert. Glycinrezeptoren (GlyRs) und GABAA-Rezeptoren (GABAARs) sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, die die synaptische Inhibition ermöglichen. Ein Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss des GlyRα1 β8 β9-Loops auf Expression, Lokalisation und Funktion des Rezeptors. Dazu wurde ein Aminosäureaustausch an Position Q177 durchgeführt, welche dem Startle-Krankheit-Phänotyp des spontanen Mausmodells shaky zugrunde liegt. Betroffene homozygote Tiere versterben 4-6 Wochen nach Geburt. Die Position befindet sich im β8 β9-Loop und ist damit Teil einer Signaltransduktionseinheit, die essenziell für die korrekte Rezeptorfunktion ist. Zudem ist Position Q177 teil eines Wasserstoffbrückennetzwerks, welches für die Ligandenbindung erforderlich ist. Wir konnten keinen Einfluss der GlyRα1Q177-Varianten auf den Transport des Rezeptors zur Zellmembran feststellen. Allerdings zeigten elektrophysiologische Messungen eine verringerte Wirksamkeit von Glycin, Taurin und β Alanin verglichen mit dem Wildtyp-Protein. Mithilfe von Proteinmodellierung konnte gezeigt werden, dass manche der GlyRα1Q177-Varianten das Wasserstoffbrückennetzwerk im Umfeld von Position Q177 stören. Die größten Effekte wurden bei der Q177R-Variante beobachtet, die sich ähnlich zur Q177K-Mutation der shaky-Maus verhielt. Der Austausch zu einer Aminosäure, die strukturell ähnlich zum ursprünglichen Glutamin ist, störte das Wasserstoffbrückennetzwerk hingegen nicht. Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig der GlyR β8 β9-Loop für die Aufrechterhaltung der Rezeptorfunktion ist.
Sowohl GlyRs als auch GABAARs können durch verschiedenste allosterische Substanzen moduliert werden. Zuletzt zeigten wir positive allosterische Modulation von GABAARs durch Monoteperne aus Pflanzenextrakten. Hier haben wir uns auf den Effekt von 11 Sesquiterpenen und Sesquiterpenoiden (SQTs) auf GABAARs fokussiert. SQTs sind natürlich in Pflanzen vorkommende Stoffe. Wir testeten SQTs aus dem flüchtigen Anteil von Hopfen und Kamille, sowie deren sekundäre Metaboliten, die während der Verdauung entstehen. Mithilfe der Patch-Clamp-Methode konnten wir in transfizierten Zellenlinien und neuronalen Primärzellen signifikante Modulation von GABAARs durch einige der SQTs beobachten. Außerdem wurde mithilfe von Docking-Simulationen eine mögliche Bindung von SQTs in der Neurosteroid-Bindungstasche gezeigt. Zusammengefasst haben wir erfolgreich die Modulation von GABAARs durch SQTs und deren sekundäre Metaboliten demonstriert.

Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dreidimensionalen (3D) in vitro Zellkulturmodellen, die zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die dritte Dimension erlaubt die Entwicklungen von komplexen Modellen, die sich der natürlichen Umgebung von Zellen annähern. Dafür werden Materialien benötigt, deren mechanische und biologische Eigenschaften denen des ursprünglichen Gewebes der eingeschlossenen Zellen ähneln. Dies ist insbesondere eine Herausforderung bei 3D in vitro Kulturen von primären Neuronen und Astrozyten, da das Gehirn eines der weichsten Gewebe des Körpers ist. Ultraweiche Matrizen, welche die neuronale Umgebung nachahmen, sind schwer zu handhaben. Wir haben dieses Problem gelöst, indem wir ultraweiches Matrigel mit Fasergerüsten verstärkten, die mithilfe von Melt Electrowriting gedruckt wurden. Somit können diese Matrigel-Faser-Komposite für strukturelle und funktionelle Experimente benutzt werden, die häufige Bewegung und Transport der Proben voraussetzen. Mit diesen Matrigel-Faser-Kompositen haben wir Methoden etabliert, die für die Charakterisierung von neuronalen Netzwerken erforderlich sind. Anstelle von Neuronen haben wir dafür eine Mausfibroblasten-Zelllinie benutzt und mit dem GlyR transfiziert. Zellen in den Matrigel-Faser-Komposite zeigten eine hohe Viabilität, konnten immunocytochemisch angefärbt werden, und mithilfe von elektrophysiologischen Methoden gemessen werden.
Darauf aufbauend haben wir primäre kortikale Mausneurone in faserverstärktem Matrigel für bis zu 21 Tage wachsen lassen. Die Neurone zeigten eine hohe Viabilität und durch Quantifikation von Neuritenlänge und Synapsendichte konnte ein vollständig ausgeformtes Netzwerk nach 7 Tagen in 3D-Kultur demonstriert werden. Mithilfe von Calcium-Imaging und Patch-Clamp-Experimenten wurden spontane Netzwerkaktivität, funktionelle spannungsgesteuerte Natriumkanäle, sowie Aktionspotentiale nachgewiesen. Somit konnten wir durch Kombination von einem ultraweichen Hydrogel mit Fasergerüsten erfolgreich ein Zellkulturmodell entwickeln, das zukünftig für die Erforschung von Zell-Zell-Interaktionen zwischen primären Gehirnzellen und Tumorzellen benutzt werden kann. Damit kann die molekulare Pathologie von aggressiven Hirntumoren und möglicherweise anderen Krankheitsmechanismen weiter aufgeklärt werden.
KW  - Zellkultur
KW  - Ionenkanal
KW  - Aminobuttersäure <gamma->
KW  - Glycin
KW  - Rezeptor
KW  - 3D cell culture
KW  - neuronal network
KW  - ion channel
KW  - glycine receptor
KW  - GABA receptor
KW  - 3D-Zellkultur
KW  - Nervennetz
KW  - Glycinrezeptor
KW  - GABA-Rezeptor
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-251700
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mayer, Rafaela
T1  - OxPAPC as an endogenous agonist of TRPA1 channels on nociceptors
T1  - OxPAPC als endogener Agonist von TRPA1 Kanälen auf Nozizeptoren
N2  - Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia.
In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers.
To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and naïve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation.
In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation.
In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group.
N2  - Nichtsteroidale Antiphlogistika werden bei Entzündungs- und postoperativen Schmerzen eingesetzt. Ihre mangelnde Effektivität und Spezifität kann jedoch starke Nebenwirkungen wie Magen-Darmulzera, Analgetikaasthma und Blutungen hervorgerufen. Hyperalgesie kann in Entzündungsprozessen lokal durch das oxidierte Phospholipid 1-Palmitoyl-2-Arachinidonoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (OxPAPC) induziert werden, welches durch Oxidation mit reaktiven Sauerstoffspezies entsteht. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass OxPAPC nach intraplantarer Injektion in Rattenpfoten Hyperalgesie hervorruft.
In dieser Arbeit steht die Interaktion zwischen OxPAPC und dem „transient receptor potential A 1“ Kanal (TRPA1), einem Ionenkanal von C-Faser-Neuronen, im Fokus. Es wurde untersucht, ob intrazelluläre Cysteinreste zur Aktivierung durch oxidierte Phospholipide beitragen und ob diese durch einen OxPAPC-spezifischen Antagonismus verhindert werden kann. Zur Klärung der Fragestellung verwendeten wir HEK-293 Zellen, die entweder hTRPA1 stabil oder den an drei Positionen mutierten hTRPA1-C3 transient exprimierten und native DRG Neurone. Die Änderung der intrazellulären Kalziumionenkonzentration nach Kanalmodulation mit OxPAPC wurde mittels ratiometrischer Fura-2/AM-Experimente bestimmt.
Wir zeigten, dass OxPAPC zur Aktivierung von TRPA1 führt, welche sich nach Zugabe des spezifischen Antagonisten HC-030031 als reversibel erwies. Sind drei Cysteine des intrazelllulären Aminoterminus von TRPA1 mutiert, wurde ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration durch OxPAPC verringert. Das Peptid D-4F und der monoklonale Antikörper E06 neutralisierten die Wirkung von OxPAPC auf den Kanal.
Das in Entzündungsprozessen gebildete OxPAPC ist ein endogener Agonist von TRPA1 Kanälen und stellt damit eine potentielle pharmakologische Zielsubstanz für die Entwicklung von Analgetika dar. Naheliegend ist, dass die Aktivierung von TRPA1 durch OxPAPC über Cysteinbindungsstellen erfolgen kann. Jedoch sind weitere, cysteinunabhängige Mechanismen ebenfalls wahrscheinlich. D-4F und E06 sind vielversprechende neuartige Substanzen für die Behandlung von Entzündungsschmerz. Ihre analgetische Wirkung wurde bereits im Tiermodell durch unsere Arbeitsgruppe bestätigt.
KW  - Schmerzforschung
KW  - Phospholipide
KW  - Entzündung
KW  - Schmerztherapie
KW  - Ionenkanal
KW  - TRPA1 channel
KW  - Oxidized Phospholipids
KW  - Inflammatory Pain
KW  - Nociceptor
KW  - DRG
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175890
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofmann, Lukas
T1  - The α-galactosidase A deficient mouse as a model for Fabry disease and the effect of Gb3 depositions on peripheral nociceptive ion channel function
T1  - Die α-Galaktosidase A defiziente Maus als Modell für M. Fabry und der Effekt von Gb3-Ablagerungen auf die Funktion von peripheren nozizeptiven Ionenkanälen
N2  - Fabry disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder with intracellular accumulation of globotriaosylceramide (Gb3) due to α-galactosidase A deficiency. We studied α-galactosidase A knockout mice (GLA KO) as a model for sensory disturbance and pain in FD. 
Pain associated behavior of young (3 months) and old (≥18 months) GLA KO mice and wildtype (WT) littermates in an inflammatory and a neuropathic pain model was investigated. Furthermore, affective and cognitive behavior was assessed in the naïve state and in an inflammatory pain model. Gene and protein expression of pain associated ion channels and Gb3 accumulation in dorsal root ganglion (DRG) neurons was determined. We also performed patch clamp analysis on cultivated DRG neurons and human embryonic kidney 293 (HEK) cells expressing voltage-gated-sodium channel 1.7 (Nav1.7) as an in vitro model of FD. Intracellular Gb3 deposits were modulated using shRNA silencing of α-galactosidase A. 
After intraplantar injection of complete Freund`s adjuvant (CFA) and chronic constriction injury (CCI) of the right sciatic nerve, old GLA KO mice did not develop heat and mechanical hypersensitivity in contrast to young GLA KO and old WT mice. Additionally, we found no relevant differences between genotypes and age-groups in affective and cognitive behavior in the naïve state and after CFA injection. Gene and protein expression analysis provided no explanation for the observed sensory impairment. However, cultured DRG neurons of old GLA KO mice revealed a marked decrease of sodium and Ih-currents compared to young GLA KO and old WT mice. DRG neurons of old GLA KO mice displayed substantial intracellular accumulation of Gb3 compared to young GLA KO and old WT mice. Similar to cultured neurons, sodium currents were also decreased in HEK cells treated with shRNA and consecutively increased intracellular Gb3 deposits compared to the control condition, but could be rescued by treatment with agalsidase-alpha. 
Our study unveils that, similar to patients with FD, GLA KO mice display age-dependent sensory deficits. However, contrary to patients, GLA KO mice are also protected from hypersensitivity induced by inflammation and nerve lesion due to Gb3-dependent and reversible reduction of neuronal sodium- and Ih-currents. Our data provide evidence for direct Gb3-dependent ion channel impairment in sensory DRG neurons as a potential contributor to sensory dysfunction and pain in FD.
N2  - Bei Morbus Fabry (M. Fabry) handelt es sich um eine X-chromosomal vererbte, lysosomale Speichererkrankung mit intrazellulärer Akkumulation von Globo-triaosylceramid (Gb3) aufgrund eines α-Galaktosidase-A Mangels. Um die Pathophysiologie des M. Fabry aufzuklären, untersuchten wir die α-Galaktosidase-A defiziente Maus (GLA KO) als Modell für sensible Wahrnehmungsstörungen und Schmerz.
Das schmerzassoziierte Verhalten von jungen (3 Monate) und alten (≥18 Monate) GLA KO Mäusen und Wildtyp (WT) Wurfgeschwistern wurde in einem Entzündungs- und einem neuropathischen Schmerzmodell untersucht. Zudem wurde das affektive und kognitive Verhalten im naiven Zustand und in einem Entzündungsschmerzmodell betrachtet. Auf molekularer Ebene wurden die Gen- und Proteinexpression von schmerzassoziierten Ionenkanälen und die Gb3-Akkumulation in Spinalganglionneuronen (dorsal root ganglion, DRG) bestimmt. Darüber hinaus wurden kultivierte DRG Neurone und humane embryonale Nierenzellen 293 (HEK) mittels Patch-clamp-Analyse elektrophysiologisch untersucht. Die HEK Zellen dienten als in vitro Modell für M. Fabry und exprimierten stabil den spannungsgesteuerten Natriumkanal 1.7 (Nav1.7). Intrazelluläre Gb3 Ablagerungen wurden unter Verwendung von shRNA-Silencing der α-Galaktosidase A induziert.
Nach intraplantarer Injektion von complete Freund‘s Adjuvans (CFA) und chronic constriction injury (CCI) des rechten N. ischiadicus entwickelten alte GLA KO Mäuse, im Gegensatz zu jungen GLA KO und alten WT Mäusen, keine Überempfindlichkeit gegenüber Hitze und mechanischen Reizen. Darüber hinaus fanden wir keine relevanten Unterschiede zwischen Genotypen und Altersgruppen im affektiven und kognitiven Verhalten im naiven Zustand und nach Injektion von CFA. Gen- und Proteinexpressionsanalysen lieferten keine Erklärung für die sensible Beeinträchtigung. Jedoch zeigten kultivierte DRG Neurone von alten GLA KO Mäusen eine deutliche Abnahme der Natriumströme und der Ih Ströme im Vergleich zu jungen GLA KO und alten WT Mäusen. Außerdem wiesen DRG Neurone von alten GLA KO Mäusen eine verstärkte intrazelluläre Akkumulation von Gb3 im Vergleich zu jungen GLA KO und alten WT Mäusen auf. Ähnlich wie bei kultivierten Neuronen waren die Natriumströme in, mit shRNA behandelten HEK-Zellen, im Vergleich zu den Kontrollzellen ebenfalls verringert, konnten aber durch die Behandlung mit Agalsidase-alpha wiederhergestellt werden.
Unsere Studie zeigt, dass GLA KO Mäuse ähnlich wie Patienten mit M. Fabry altersabhängige sensible Veränderungen aufweisen. Im Gegensatz zu Patienten sind GLA KO Mäuse jedoch auch vor der Überempfindlichkeit geschützt, die durch eine Entzündung und Nervenläsion hervorgerufen wird. Unsere elektrophysiologischen Ergebnisse jedoch, deuten darauf hin, dass die Reduktion der Natrium- und Ih Ströme mit den veränderten Antworten auf die sensiblen Reize zusammenhängt. Diese Daten lassen auf eine Gb3 abhängige Ionenkanaldysfunktion in DRG Neuronen als potentiellen Faktor für sensible Fehlfunktion und Schmerz bei M. Fabry schließen.
KW  - Fabry-Krankheit
KW  - Gb3 accumulation
KW  - Ion channel function
KW  - Galactosidase <alpha->
KW  - Ionenkanal
KW  - Maus
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158513
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stock, Patrick Maria
T1  - Binding site contribution in high resolution records of nicotinic receptor channel currents
T1  - Beitrag der Bindungsstellen zum Öffnungsverhalten des nAChRs
N2  - The nicotinic acetylcholine receptor of skeletal muscle is one of the best-investigated synaptic proteins and often serves as model for the entire family of pentameric ligand gated ion channels (pLGICs). Receptors of this superfamily share a common architecture. After binding the agonist the characteristic C-loop structure closes around the ligand-binding site and triggers a wave of conformational changes that spread through the protein and finally result in the opening of the channel gate. As shown before, high-resolution single channel data can hardly be described by simple kinetic mechanisms (Parzefall et al., 1998, Hallermann et al., 2005). Recent advances in the field of kinetic modelling on receptor currents demonstrate that the introduction of additional short lived shut states in kinetic schemes enhances the quality of estimates of reaction rates. The additional shut states that immediately follow ligand bound states in the mechanism are suggested to resemble the closing movement of the C-loop (Lape et al., 2008; Mukhtasimova et al., 2009). It has not been described yet whether and how the structural differences of the 2 binding sites of the receptor influence the opening behaviour. To address this question, high-resolution single channel recordings, in combination with agonists that are known to exhibit different binding site selectivity, were performed. Thereby, a detailed description of the binding site dependent generation of channel currents is possible. At the embryonic mouse-muscle receptor used in this study the ligand binding sites are located at the α-γ and α-δ subunit interfaces. By allocation of opening characteristics to the α-δ and α-γ sites it is possible to show the binding site dependent activation of distinct kinetic states. Furthermore, it will be shown that the recently introduced short-lived shut states are sufficient to describe high-resolution single channel data. Finally an enhanced kinetic mechanism based on the ‘primed states’ model, published in 2009 by Mukhtasimova et al., will be presented. In this model the structurally diverse α-δ and α-γ binding sites elicit different kinetic channel characteristics. Thus the complex high-resolution kinetic characteristics of the embryonic receptor can be described coherently.
N2  - Der nicotinische Acetylcholin-Rezeptorkanal des Skelettmuskels zählt zu den bestuntersuchten synaptischen Proteinen und gilt als Modell für die Familie der Liganden gesteuerten pentameren Ionenkanäle. Rezeptoren dieser Großfamilie besitzen als charakteristisches strukturelles Merkmal ein Cystein-Schleifen-Motiv (C-loop), welches sich nach Bindung eines Agonisten um die Bindungstasche herum schließt und eine Kette weiterer Konformationsänderungen nach sich zieht. Wie in früheren Publikationen festgestellt wurde, ist es nur schwer möglich hochaufgelöste Messdaten mit konservativen kinetischen Modellen ausreichend zu beschreiben (Parzefall et al., 1998; Hallermann et al., 2005). Aktuelle Fortschritte auf dem Gebiet der kinetischen Modellierung von mechanistischen Rezeptormodellen auf Rezeptorströme, zeigen, dass die Einführung zusätzlicher kurzlebiger Geschlossenzustände in den kinetischen Mechanismen die Qualität der Voraussagen der Modelle verbessert. Diese zusätzlichen Geschlossenzustände, welche Zuständen mit gebundenen Agonisten des Rezeptormodells folgen, spiegeln höchstwahrscheinlich die Schließung des Cystein-Schleifen-Motivs wider (Lape et al., 2008; Mukhtasimova et al., 2009). Trotz der jüngsten Fortschritte wurde bisher nicht beschrieben, wie und ob die strukturellen Unterschiede der 2 vorhandenen Bindungsstellen sich auf die Charakteristika des Öffnungsverhaltens auswirken. Die Bindungsstellen für Agonisten befinden sich am embryonalen nicotinischen Acetylcholinrezeptor des Muskels der Maus an den Schnittstellen der α-δ und der α-γ Untereinheiten. Um der Frage des Einflusses der Bindungsstellendiversität auf den Grund zu gehen, wurden hochaufgelöste Einzelkanalmessungen unter der Verwendung von unterschiedlichen Agonisten, für die bekannt ist, dass sie unterschiedliche Selektivitäten zu den Bindungsstellen besitzen, durchgeführt. Hierdurch ist es möglich ein detailliertes Bild der bindungsstellenbedingten Auslösung definierter Öffnungscharakteristika zu beschreiben. Durch die Zuweisung der Öffnungscharakteristika zu den α-δ und α-γ Bindungsstellen gelingt es die bindungsstellenabhängige Aktivierung von einzelnen kinetischen Zuständen zu zeigen. Darüber hinaus werden direkte Anhaltspunkte dafür gezeigt, dass es möglich ist mit den angeführten kurzlebigen Geschlossenzuständen hochaufgelöste Einzelkanaldaten kinetisch hinreichend zu beschreiben. Schließlich wird ein erweiterter kinetischer Mechanismus vorgestellt, welcher auf dem ‚primed-states’ Modell, das 2009 von Mukhtasimova veröffentlicht wurde, basiert. Zusätzlich ist dieser in der Lage die komplexen kinetischen Charakteristika des embryonalen nicotinischen Rezeptorkanals, unter hoher zeitlicher Auflösung der Messdaten, zu beschreiben.
KW  - Nicotinischer Acetylcholinrezeptor
KW  - Bindestelle
KW  - Ionenkanal
KW  - Kinetik
KW  - Neurobiologie
KW  - nAChR
KW  - Kanalkinetik
KW  - Bindungsstellen
KW  - Rezeptor
KW  - neurobiology
KW  - nAChR
KW  - receptor channel
KW  - binding sites
KW  - kinetics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71769
ER  -