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Was „Langweiler“ interessant macht

Biophysiker der Universität Jena klären Funktionsweise von neuartigen Wirkstoffen für Ionenkanäle

20.02.2012: Sie sind langsam und träge und tragen daher den wenig schmeichelhaften Namen „Slowpoke“ – zu Deutsch „Langweiler“. Fruchtfliegen mit einer bestimmten Mutation verhalten sich, anders als ihre Artgenossen, ausgesprochen lethargisch. „Durch die Mutation fehlt diesen Fliegen ein Ionenkanal, der normalerweise an einer Vielzahl von Signalprozessen beteiligt ist“, erläutert Prof. Dr. Stefan Heinemann von der Friedrich-Schiller-Universität Jena den Grund dafür. Der Biophysiker ist auf Untersuchungen zur Funktionsweise dieser Ionenkanäle spezialisiert und hat mit seinem Team gerade Forschungsergebnisse veröffentlicht, die diese jedoch alles andere als „langweilig“ erscheinen lassen.

In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) haben die Jenaer Forscher gemeinsam mit Kooperationspartnern aus Japan und den USA jetzt erstmals zeigen können, wie bestimmte Substanzen den „Langweiler“-Ionenkanal, der auch bei anderen Organismen einschließlich dem Menschen vorkommt, regulieren. Damit legen die Wissenschaftler den Grundstein für die gezielte Entwicklung neuartiger Wirkstoffe, mit denen sich künftig Erkrankungen wie Bluthochdruck oder Epilepsie behandeln lassen könnten.

Ionenkanäle sind Eiweißkomplexe, die hochspezifisch nur bestimmte Ionen durch die Zellmembranen transportieren. Die resultierenden elektrischen Signale steuern beispielsweise die Funktion von Nerven- oder Muskelzellen. So reguliert der „Langweiler“-Kanal, auch BK-Kanal genannt, u. a. den Tonus der glatten Muskelzellen, mit denen Blutgefäße ausgekleidet sind. „Eine Fehlfunktion des BK-Kanals führt dazu, dass die Muskelzellen nicht mehr ausreichend relaxieren können“, sagt Dr. Guido Gessner von der Uni Jena, der Erstautor der aktuellen Studie ist. „Die Folge ist eine lange Liste von Erkrankungen, die von Bluthochdruck über Inkontinenz und Migräne bis zu Epilepsie reicht“, so der Wissenschaftler weiter.

Deshalb werden Wirkstoffe, die gezielt BK-Kanäle öffnen können, als potenzielle Medikamente für diese Krankheiten gehandelt. „Es gibt eine ganze Reihe von Substanzen, die sich im Tierversuch bereits als vielversprechend erwiesen hat“, so Prof. Heinemann. Doch durch die klinische Erprobung habe es noch kein Kandidat geschafft. Der Grund: Da BK-Kanäle nahezu überall im menschlichen Körper vorkommen, ist eine gezielte Beeinflussung bestimmter Zellen oder Gewebe bislang schwierig. Außerdem fehlten bisher grundlegende Informationen über die biophysikalischen und molekularen Mechanismen, nach denen diese Substanzen überhaupt wirken.

In ihrer aktuellen Studie konnten die Jenaer Wissenschaftler nun erstmals die Funktionsweise von zwei Ionenkanal-Öffnern exemplarisch aufklären. „Wir konnten zeigen, wo die Wirkstoffe an den BK-Kanal andocken und wie sie die Ionenpore öffnen“, sagt Dr. Gessner. Außerdem haben die Forscher der Uni Jena ein Testverfahren etabliert, mit dem sich verschiedene Wirkstoffe funktionell klassifizieren lassen. Damit ebnen sie den Weg zur Entwicklung von Medikamenten, die nur die Ionenkanäle im gewünschten Organ aktivieren. „Das ist ein entscheidender Schritt, um möglichst nebenwirkungsarme Medikamente zu entwickeln“, sagt Prof. Heinemann. Doch bis dahin sei es noch ein weiter Weg, betont der Grundlagenforscher.

Originalveröffentlichung:
Guido Gessner et al. Molecular mechanism of pharmacological activation of BK channels. PNAS 2012

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