Podcasts about ionenkan

In dieser Epiode sprechen Prof. Dr. Andrew Plested und Bernd Rupp über Ionenkanäle, ihre Rolle im Gehirn und wie der AMPA-Rezeptor elektrische Signale steuert.

In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über die Architektur und Funktion von Ionenkanälen und ordnen diese in die unterschiedlichen Steuerungssysteme biologischer Organismen ein.

Unser Kurs auf der Webseite: https://www.selbstorientiert.org/shop/ Unser Kurs auf Amazon: Unser YouTube-Video: https://www.youtube.com/channel/UCZg1J53-T93wjPPYZMLGLrA ___________________________________________________________________________

Autor: Winkelheide, Martin Sendung: Forschung aktuell Hören bis: 19.01.2038 04:14

Bernd und André sind am LSB und sprechen mit Dr. Gaby Andersen über Chemestetik, wie bestimmte Stoffe Temperaturempfinden auslösen können, was das mit Ionenkanälen zu tun hat und wie sich das auch auf das Immunsystem auswirkt.

Viel Spaß mit diesen vier Themen! ~Wenn Wellen miteinander wechselwirken nennt man das /*/Interferenz/*/. Wenn im Meer 2 Wellenberge aufeinandertreffen wird die Welle höher. Trifft ein Wellenberg auf ein Wellental gleichen sie sich aus. Was im Meer (oder der Badewanne) funktioniert, lässt sich natürlich auch auf Licht- oder Elektronenwellen übertragen. Max erklärt den von allen Schülern geliebten Doppelspaltversuch und beweist damit, dass Schrödingers Katze tot und lebendig gleichzeitig ist. ~Ionen sind geladene Teilchen. Davon haben wir nahezu unendlich davon in unserem Körper und sie erfüllen fast ebenso viele Aufgaben. Um Ionen jedoch über die isolierende Zellwand zu transportieren benötigt man Ionenkanäle. Eine aktive Version dieser Kanäle ist die /*/Ionenpumpe/*/. Hier werden Ionen unter Energieaufwand gegen ihren chemischen oder elektrischen Gradienten über die Zellmembran transportiert. Außerdem lässt sich das System - das einem Elektromotor gleicht - auch zur Energiespeicherung benutzen. ~Nachdem Max in der letzten Folge über Hinduismus geredet hat wendet er sich einer weiteren Weltreligion zu. Der /*/Islam/*/ gleicht von seiner Geschichte und Lehre eher dem Christentum als den Asiatischen Religionen und teilt sich sogar Propheten mit ihm. Auf was der Islam basiert und wie er noch heute das Leben der am schnellsten wachsenden religiösen Gruppe beeinflusst erfahrt ihr hier. ~Nur noch ungebildete Menschen pflanzen sich fort, weil die Akademiker stets Ausreden finden. Diese dystopische Aussicht gibt der Film /*/Idiocracy/*/, den Adrian sich in Vorbereitung auf diesen Podcast angeschaut hat. Wie das Leben laut den Drehbuchautoren in 500 Jahren aussieht und für wie wahrscheinlich wir das halten erfahrt ihr in unserem vierten Thema. Darauf erstmal einen guten Schluck Brawndos (das enthält Elektrolyte!).

Der humane Thyreotropin-Rezeptor (TSH-R) steuert die zentralen Funktionen der Schilddrüse und ist der wichtigste Regulator für deren Wachstum und Differenzierung. Er gehört zur Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und kann nach einer Stimulation mit TSH die G-Proteine aller vier Familien (Gs, Gi/o, Gq/11 und G12/13) aktivieren. Dabei werden die meisten zellulären Reaktionen wie die Proliferation der Schilddrüsenepithelzellen und die Bereitstellung der Schilddrüsenhormone einer Aktivierung von Gs zugeordnet. Zu Gs-unabhängigen Signalwegen des TSH-R war dagegen erst wenig bekannt. Da der Gq/11-vermittelte Signalweg durch die Aktivierung der Phospholipase C und Proteinkinase C in maligne Prozesse von Schilddrüsenzellen involviert sein könnte, sollten in der vorliegenden Arbeit Gq/11-abhängige Effektoren des TSH-R in humanen Schilddrüsenkarzinomzellen identifiziert und näher charakterisiert werden. Als Modellsystem wurden FTC 133 wt TSH-R Zellen verwendet, eine follikuläre Schilddrüsenkarzinom-Zelllinie, die den humanen TSH-R überexprimiert. In diesen wurde die Aktivierung des Calcium/Calcineurin-abhängigen Transkriptionsfaktors NFAT nach TSH-Stimulation erstmalig beschrieben. Bei einer anschließenden Reihenuntersuchung der NFAT-abhängigen Zielgene Autotaxin, VEGF, c-Myc, Regulator von Calcineurin 1 (RCAN1) und Cyclooxygenase-2 (Cox-2) wurden c-Myc, RCAN1 und Cox-2 als TSH-regulierte Gene identifiziert. Die Induktion von c-Myc war unabhängig von NFAT, dagegen bestätigten Expressionsstudien mit Calcineurin-Inhibitoren und dem spezifischen NFAT-Inhibitor INCA-6, dass RCAN1 und Cox-2 durch eine NFAT-Aktivierung induziert wurden. Diese Aktivierung wurde durch Gq/11-Proteine vermittelt, denn nach spezifischer Herunterregulation der Gq- und G11-α-Untereinheiten mittels siRNA konnten die Zielgene nicht mehr TSH-abhängig induziert werden. Weitere Analysen zum Mechanismus der NFAT-Aktivierung zeigten, dass eine Erhöhung der intrazellulären Calciumionenkonzentration ([Ca2+]i) allein über intrazelluläre Speicher nicht ausreichend war. Um NFAT zu aktivieren, mussten zusätzlich Calciumionen aus dem Extrazellulärraum einströmen. Untersuchungen mit dem STIM1-Inhibitor SKF-96365 wiesen dabei auf einen Calciumioneneinstrom über Speicher-operierte Ionenkanäle hin. Zusätzlich zur NFAT-regulierten Genexpression wurde in dieser Arbeit die TSH-induzierte Expression des Metallothioneins MT1X in FTC 133 wt TSH-R Zellen und in primären Thyreozyten analysiert. Die mRNA Induktion dieses Cystein-reichen und zytoprotektiven Proteins war ebenfalls abhängig von einer Expression der Gq/11-Proteine. Eine Erhöhung der [Ca2+]i reichte jedoch nicht aus, um MT1X signifikant zu induzieren. Zur gesteigerten Expression war darüber hinaus auch die Aktivierung der Proteinkinase C notwendig. In der vorliegenden Dissertation konnten somit RCAN1, Cox-2 und MT1X als Gq/11-regulierte Zielgene des humanen TSH-R charakterisiert werden. Dabei wurde eine NFAT-regulierte Genexpression nach einer TSH-Stimulation erstmalig gezeigt. Die präsentierten Ergebnisse weisen damit auf eine bisher unbeachtete biologische Rolle von Gq/11-abhängigen Signalwegen des humanen TSH-R in der Schilddrüse hin.

Ein großer Teil der Fragestellungen in den Neurowissenschaften beschäftigt sich mit dem Thema, wie das Säugerhirn Verhalten auslöst und steuert. Die Schreckreaktion ist ein relativ einfaches Verhalten, welches bei Säugetieren ohne großen Aufwand ausgelöst werden kann und variabel auf eine Vielfalt von experimentellen Behandlungen reagiert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Schreckreaktions-Messungen am Max-Planck- Institut für Psychiatrie in München (MPI-P) zu etablieren. Vor dem Hintergrund aktueller Fragestellungen sollten die Experimente zu einsatzbereiten Messmethoden und Verhaltensparadigmen führen. In der vorliegenden Arbeit gelang es nicht, das Paradigma der furchtpotenzierten Schreckreaktion (FPS) zuverlässig in einem häufig am MPI-P eingesetzten Mausstamm anzuwenden. Das FPS maskierende Phänomen, daß die Präsentation eines unkonditionierten Tons bereits zu einer deutlich verstärkten Schreckreaktion in diesen Mäusen führt ("tone enhanced startle", TES) wurde dann charakterisiert und im Folgenden als ergänzendes Paradigma zur Messung und Abschätzung des Hörvermögens, der Stimulus Adaptation und der Aufmerksamkeit in Mäusen vorgeschlagen. Eine Literaturrecherche ergab, daß im Paradigma der Furchtkonditionierung ("fear conditioning", FC) und deren aktives Verlernen ("extinction of FC", ExFC) verwendete Stimulus-Parameter eine hohe Varianz zwischen verschiedenen Laboratorien aufweisen. Der im Verhalten ausgelesene Lernerfolg während einer FC wie auch einem ExFC hingen in den vorliegenden Experimenten wesentlich von der verwendeten Stimulusqualität ab (d.h. sinus-Ton oder weißes Rauschen). Im Umkehrschluß empfiehlt die vorliegende Arbeit einen überlegteren Umgang mit den eingetzten Stimulus-Parametern. Es zeigte sich, daß eine erhöhte Schreckreaktion (Übererregbarkeit) ohne weiteres in einem Tiermodell der Posttraumatischen Belastungsstörung ("posttraumatic stress disorder",PTSD) gemessen werden kann. Im Weiteren konnte gezeigt werden, daß verändertes Hippocampus-Volumen in diesen Tieren, gemessen über ultramikroskopische Aufnahmen und analog zu Hippocampusveränderungen in Patienten, unabhängig von anderen PTSD-ähnlichen Symptomen dieser Mäuse ist. In einem weiteren Abschnitt widmet sich die vorliegende Arbeit der laufenden Charakterisierung der Rolle von Dopaminrezeptoren (DR) in der Präpulsinhibition (PPI) und -Faszilitierung (PPF) der Schreckreaktion. Durch lokale injektion von DR-Antagonisten konnte gezeigt werden, daß die Blockade von DR1 wiederholbar PPI verstärkt, während die Rolle von DR2, getestet mit zwei verschiedenen Antagonisten, als ambivalent gedeutet werden muß. Basierend auf diesen Experimenten wurden optogenetische Methoden in die Schreckreaktionsmessung eingeführt. Transgenen Mäusen, die lichtsensitive Ionenkanäle in ihren neuronalen Zellmembranen bestimmter Zellpopulationen tragen, wurden Lichtblitze ins Gehirn appliziert. Auf diese Weise konnten PPI und PPF unabhängig voneinander manipuliert werden. Daraus folgend, und im Unterschied zur populären Summationshypothese der PPF, schlägt die vorliegende Arbeit einen eigenständigen, von der PPI unabhängigen PPF-Schaltkreis vor, der Pyramidenneuronen der präfrontalen Kortexschicht V beinhaltet. Die vorliegende Arbeit konnte erfolgreich verschiedene Protokolle und Verhaltensparadigmen der Schreckreaktionsmessung am MPI-P etablieren und zur sofortigen Nutzung zur Verfügung stellen. Es wurden nicht nur neue Techniken wie z.B. optogenetische Methoden in die Schreckreaktionsmessung eingeführt, die vorliegenden Experiemente leisten auch ihren Beitrag zur aktiven Forschung, in dem sie z.B. die große Bedeutung der Stimulus-Parameter für den Lernerfolg von Versuchstieren nachweisen.

Ventrikuläre Tachyarrhythmien sind die Hauptursachen für den plötzlichen Herztod, der eine bedeutende Todesursache in der westlichen Welt darstellt. Dabei sind, neben strukturellen Veränderungen im Myokard wie Narben, Hypertrophie oder Ventrikeldilatation, elektrophysiologische Veränderungen der Repolarisationsphase ursächlich. Für die Repolarisation essentielle Kanäle sind die delayed rectifier Kaliumkanäle IKr und IKs; Mutationen in diesen Kanälen sind ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom, das mit lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen assoziiert ist. Pharmakologische Wirkungen und Nebenwirkungen auf die repolarisierenden Kaliumkanäle können ebenfalls Herzrhythmusstörungen auslösen; man spricht dabei vom erworbenen oder Medikamenten-induzierten Long QT-Syndrom. Auch bei Herzinsuffizienz zum Beispiel aufgrund einer dilatativen Kardiomyopathie wird oft eine QT-Zeit Verlängerung und Rhythmusstörungen beobachtet. Dabei ist die Herunterregulation von Kaliumkanälen wie Ito ein oft beobachtetes Phänomen; in tierexperimentellen Untersuchungen wird teilweise auch eine Reduktion von IKr und IKs beschrieben. Für viele Ionenkanäle sind Unterschiede in der transmuralen Verteilung bekannt, so dass die Messung der delayed rectifier Kaliumkanäle in vorliegender Untersuchung getrennt nach subepikardialen, mittleren und subendokardialen Arealen des linksventrikulären Myokards durchgeführt wurde. Ein weiterer Aspekt der Arbeit ist der Vergleich der Repolarisation in verschiedenen Spezies, was bei der Interpretation von tierexperimentell gewonnenen Ergebnissen von großer Bedeutung ist. Dazu wurden IKr und IKs in verschiedenen Tiermodellen (Meerschweinchen, Schwein und Hund) unter Berücksichtigung der transmuralen Verteilung gemessen und mit den aus humanem Myokard gewonnenen Ergebnissen verglichen. Die porenbildenden alpha-Untereinheiten von IKr und IKs, KCNH2 und KCNQ1, wurden im heterologen Zellsystem exprimiert und deren Sensitivität auf IKr bzw. IKs spezifische Kanalblocker überprüft. Methodisch wurde für oben genannte Fragestellungen die patch clamp Technik in Ganzzellkonfiguration verwendet; zur Aufzeichnung von Aktionspotentialen und zum Nachweis von IKs in humanem Myokard wurde die perforated patch Methode verwendet, um eine Veränderung des intrazellulären Milieus mit Dialyse von Botenstoffen zu vermeiden. Auf molekularbiologischer Ebene wurde die mRNA-Menge der IKr und IKs alpha-Untereinheiten KCNH2 und KCNQ1, sowie deren (potentielle) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 mit Hilfe der quantitativen real-time PCR bestimmt. Dabei konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: IKr ließ sich im Menschen in allen Zellen in relevanter Größe nachweisen; der Strom ließ sich sowohl durch den spezifischen IKr-Blocker Dofetilide, aber auch durch Pharmaka aus nicht-kardiologischen Anwendungsgebieten wie das Neuroleptikum Haloperidol inhibieren. Dabei wies der Kanal eine Abhängigkeit von der extrazellulären Kaliumkonzentration auf, die sich umgekehrt zum elektrochemischen Gradienten verhielt: höhere extrazelluläre Kaliumkonzentrationen bewirkten eine Steigerung von IKr. IKs (definiert als HMR 1556 sensitiver Strom) ließ sich in humanem Myokard nur unter speziell optimierten Bedingungen (perforated patch Technik, adrenerge Stimulation mit Isoproterenol) nachweisen. Er hatte dann eine sehr kleine Stromdichte, die eine weitere elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung nicht erlaubte. In Meerschwein, Schwein und Hund war IKr und IKs nachweisbar; dabei hatte das Meerschweinchen die höchsten Stromdichten von delayed rectifier Kaliumkanälen, das Schwein kleinere, aber robuste IKr und IKs-Ströme. Beim Hund fanden sich deutlich geringere Stromdichten für IKr und IKs; IKs war nicht in allen Zellen nachweisbar. IKr wies in allen Spezies epikardial eine kleinere Stromdichte auf als in mittleren und endokardialen Arealen. Dieser transmurale Gradient mit geringerer Stromdichte in epikardialen Arealen war nur in nicht-insuffizienten humanen Herzen nachweisbar; bei Herzinsuffizienz kam es zur Angleichung der Stromdichten in allen drei untersuchten Schichten. KCNH2 und KCNQ1 generierten im heterologen Zellsystem IKr bzw. IKs ähnliche Ströme, die jeweils typische Sensitivität für IKr bzw. IKs Blocker aufwiesen. Für KCNH2 und KCNQ1 mRNA waren keine transmuralen Gradienten und keine Regulation bei Herzinsuffizienz nachweisbar; KCNE1 und KCNE2 zeigten bei Herzinsuffizienz höhere Expressionslevel. Somit ließ sich das Vorhandensein und die Bedeutung von IKr und IKs in humanem Myokard belegen, wobei IKs nur in sehr geringer – in Ruhe gerade noch nachweisbarer – Stromdichte vorkommt. Dennoch lässt sich seine Bedeutung am Vorhandensein von Mutationen in KCNQ1, die lebensbedrohliche Rhythmusstörungen verursachen können, ablesen. Auch für KCNH2, das für die alpha-Untereinheit von IKr kodiert, sowie für die (potentiellen) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 sind Mutationen beschrieben, die ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom sind. Damit scheinen IKr und IKs für die Repolarisation des humanen Aktionspotentials essentiell zu sein, wobei IKr aufgrund der relativ großen Stromdichte die wesentliche Rolle bei der Repolarisation des Aktionspotenials in humanem Myokard zukommt. IKs hat große Bedeutung als „Repolarisationsreserve“ zur Stabilisierung der Repolarisation unter Bedingungen erhöhter Katecholaminspiegel, bei tachykarden Herzfrequenzen und bei verzögerter Repolarisation wie durch Hypokaliämie, IKr-Blocker oder IKr-Mutationen und Polymorphismen. Mutationen in Proteinuntereinheiten von IKs können zur Störung dieser Repolarisationsreserve führen und somit Rhythmusstörungen auslösen, die charakteristischerweise in Situationen erhöhter sympathischer Aktivierung auftreten. Die Ausstattung der unterschiedlichen Spezies mit repolarisierenden Kaliumströmen wies erhebliche Unterscheide auf, was bei der Interpretation tierexperimentell gewonnener Daten zu berücksichtigen ist. Insbesondere korreliert eine Abnahme der Ruheherzfrequenz der Spezies mit einer deutlichen Reduktion der repolarisierenden Ströme entsprechend dem Konzept der speziesabhängigen Variabilität der repolarisierenden bei Konstanz der depolarisierenden Ströme (INa und ICa). Transmurale Unterschiede in der Expression von Ionenkanälen scheinen notwendig für den Ablauf der Erregungsbildung und Erregungsrückbildung zu sein. Die epikardial geringeren Stromdichten für IKr waren in allen untersuchten Spezies nachweisbar. Die Beobachtung einer geringeren Stromdichte der repolarisierenden Kaliumströme epikardial bedeutet, dass andere Ionenkanäle als IKr und IKs für die dort kürzere Aktionspotentialdauer verantwortlich sein müsssen. Eine Reduktion der Stromdichte bei Herzinsuffizienz, wie sie beispielsweise für Ito beschrieben ist, konnte für IKr nicht nachgewiesen werden. Jedoch fand sich eine Nivellierung des physiologischerweise Vorhandenen transmuralen Gradienten, was grundsätzlich zu einer Störung des physiologischen Erregungsablaufes mit Begünstigung von Rhythmusstörungen in insuffizienten Herzen beitragen könnte. Aus dem dualen Repolarisationsmechanismus im menschlichen Ventikelmyokard werden klinische Konstellationen mit Rhythmusstörungen verständlich, insbesondere in Hinblick auf die Variabilität der Empfindlichkeit gegenüber Medikamenten mit blockierender Wirkung auf IKr. Dabei stellt IKs in unterschiedlichem Maße eine Kompensation im Sinne einer Repolarisationsreserve bereit.

Die Ionenkanäle des renalen Tubulus- und Sammelrohrsystems bestimmen die Funktion der adulten Säugetierniere. Sie müssen mit der Entwicklung der permanenten Niere (Metanephrogenese) erworben werden und können auch entwicklungsspezifische Aufgaben haben. Ziel dieser Arbeit ist die erstmalige systematische Beschreibung der Expression und entwicklungsspezifischen Rolle von Ionenkanälen während der Metanephrogenese. Methoden: Die ontogenetische mRNA-Expression der Kir Kalium-Kanal-Untereinheiten Kir6.1, SUR2 und ROMK1-3 (Kir1.1a-c) wurde mittels RT-PCR von Primärkulturen im Sammelrohrepithel quantifiziert, die ontogenetische Kir6.1- und ROMK-Protein-Expression mittels Immunhistochemie in Sammelrohr- und Nephron-Epithelien untersucht. Der Effekt von cAMP auf die ROMK-mRNA-Expression wurde gemessen und der Einfluss von Kalium-Kanalmodulatoren auf das Wachstum von Nephron-Kulturen in vitro und von HEK293 Nierenepithel-Zellen bestimmt. Ferner wurde die ontogenetische mRNA-Expression des ENaC-Natrium-Kanals und der Chlorid-Kanäle CFTR, CLC-2 und ICLn mittels RT-PCR im Sammelrohrepithel quantifiziert. Alle Experimente wurden an Ratten oder Mäusen durchgeführt. Ergebnisse: (i) Die mRNA der KDNP-(KATP)-Kanaluntereinheiten Kir6.1/SUR2 war in frühen Ureterknospen-Generationen (embryonaler Tag E14) hoch exprimiert und nach der Geburt herunterreguliert. In gleicher Weise war Kir6.1-Protein im embryonalen Sammelrohrepithel und Nephron ubiquitär apolar exprimiert. Im Gegensatz hierzu war Kir6.1 im adulten Nephron ausschließlich im Proximalen Tubulus nachweisbar (apikal > basolateral). Die spezifische Aktivierung von KNDP-(KATP)-Kir6.1/SUR2-Kanälen in Nephronkulturen und HEK293-Zellen steigerte die Zellproliferation, was auf eine wachstumsregulierende Rolle der frühen Kir6.1/SUR2-Expression hinweist. Somit könnten zelluläre Entwicklungsprogramme der Niere die Wachstumsrate über die Expression von Kalium-Kanälen regulieren. (ii) Die mRNA des apikalen sekretorischen Sammelrohr-Kalium-Kanals ROMK2(Kir1.1b) war von Beginn der Entwicklung an in Ureterknospen/Sammelrohrepithelien exprimiert und stieg während der Reifung des Kortikalen Sammelrohrs um den Faktor 4 an (postnatale Tage P7-28). Diese Zunahme spiegelt den Erwerb der adulten Natrium-retinierenden Funktion des Sammelrohrepithels wider. Die Protein-Expression von ROMK war in embryonalen Nierenepithelien ubiquitär und apolar nachweisbar, jedoch postnatal auf die apikale Plasmamembran des aufsteigenden Teils der Henle'schen Schleife und des Sammelrohrs beschränkt. Die ROMK-mRNA-Expression in embryonalen Sammelrohrepithelien war durch cAMP stimulierbar. (iii) Während der frühen Genese des Sammelrohrsystems wurden die mRNAs der Chlorid-Kanäle CFTR, CLC-2 und ICLn exprimiert, die sehr wahrscheinlich an der aus Ureterknospen bekannten hohen fraktionellen Chlorid-Leitfähigkeit beteiligt sind. Während der postnatalen Sammelrohrepithel-Reifung wurde die mRNA des apikalen Natrium-Kanals ENaC transkriptionell hochreguliert. So kann rechtzeitig die NaCl-resorbierende Funktion der Niere des Neugeborenen sicher gestellt werden (zusammen mit der Heraufregulation von ROMK).

Tue, 2 Jul 2002 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2369/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2369/1/Fertig_Niels.pdf Fertig, Niels ddc:530, ddc:500, Fakult