Der Einfluss der porenbildenden Untereinheit des KATP-Kanals auf die pharmakologischen Eigenschaften des Sulfonylharnstoffrezeptors SUR2B(Y1206S)

Abstract

Sulfonylharnstoffe und Glinide werden in der Therapie des Diabetes mellitus Typ 2 in großem Umfang eingesetzt. Sie binden an den ATP-empfindlichen Kaliumkanal (KATP-Kanal) der beta-Zelle im Pankreas und bewirken ein Schließen des Kanals. Die dadurch hervorgerufene Depolarisation der beta-Zelle leitet eine (Glukose-unabhängige) Insulinsekretion ein. KATP-Kanäle bestehen aus Sulfonylharnstoffrezeptoren (SURx), die die Kanalaktivität steuern, und porenformenden Untereinheiten (KIR6.x). Neben den KATP-Kanälen im Pankreas (KIR6.2/SUR1) gibt es auch KATP-Kanäle anderer Zusammensetzung in verschiedenen Geweben z. B. im kardiovaskulären System (Herz: KIR6.2/SUR2A, Gefäß: KIR6.1/SUR2B). Kardiovaskuläre unerwünschte Arzneimittelwirkungen werden daher in Zusammenhang mit der Einnahme von Sulfonylharnstoffen und Gliniden vermutet.

In dieser Arbeit wurde der Bindungsschritt an eine Mutante des glattmuskulären SUR, SUR2B(Y1206S), untersucht. Diese Mutante besitzt eine ~5-fach höhere Affinität für Glibenclamid als der Wildtyp und ermöglicht überhaupt erst präzise Messungen. Die Mutante wurde in HEK293-Zellen exprimiert und in Kompetitionsexperimenten mit 3H-Glibenclamid wurde die Affinität ausgewählter Sufonylharnstoffe und Glinide der Ligandentypen A, A+B und B in intakten Zellen bei physiologischen Bedingungen bestimmt. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit Koexpression mit KIR6.1 bzw. KIR6.2 die Affinität des SUR für die verschiedenen Liganden beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen deutliche Affinitätsunterschiede der einzelnen Liganden. Koexpression von SUR2B(Y1206S) mit KIR6.1 erhöht die Affinität für die Liganden (außer UL-DF 9) um den Faktor 2,6. Im Vergleich der KATP-Kanalsubtypen ist die Kopplung der SUR2-Untereinheit an KIR6.2 wirksamer als an KIR6.1, wobei dieser Unterschied bei den Piperidino-Verbindungen (Repaglinid und AZ-DF 265) besonders ausgeprägt ist.

Die Ergebnisse zeigen, dass das für SUR1 aufgestellte Modell der Unterteilung der Bindungstasche für Sulfonylharnstoffe in zwei Kompartimente, A und B, auch für den SUR2B gilt. Verglichen mit der Bindung an die anderen SUR- bzw. KATP-Kanal-Subtypen zeigen die untersuchten Sulfonylharnstoffe und Glinide eine schwächere Affinität für den vaskulären als für den pankreatischen KATP-Kanal. Die Selektivität der Bindung ist jedoch schwächer als die in elektrophysio-logischen Experimenten bestimmte Selektivität. Dies zeigt, dass die Transduktion der Bindung der Sulfonylharnstoffe/Glinide in das Schließen des Kanals ebenfalls eine Kanalsubtyp-spezifische Komponente enthält.

Sulfonylureas and glinides are widely used in the therapy of type 2 diabetes. They bind to an ATP-sensitive K+-channel (KATP) of the pancreatic beta-cell and induce the closure of the channel. The resulting depolarisation of the beta-cell initiates a (Glucose-independent) secretion of insulin. KATP-channels consist of sulfonylurea receptors (SURx), which control the channel activity, and pore-forming subunits (KIR6.x, inwardly rectifying K+-channel). Beside the pancreatic KATP-channels (KIR6.2/SUR1) there are also KATP-channels of different composition in various tissue e.g. in the cardiovascular system (heart: KIR6.2/SUR2A, blood vessel: KIR6.1/SUR2B). Adverse cardiovascular drug reactions are therefore presumed to appear during the treatment with sulfonylureas and glinides. These studies investigated the binding of the sulfonylureas and glinides to a mutant SUR in smooth muscle, SUR2B(Y1206S). The mutant has a ~5-fold higher affinity to Glibenclamid than the wild-type (SUR2B) and thereby makes precise measurement possible. The mutant was expressed in HEK 293 cells and the affinity of sulfonylureas and glinides of ligand types A, A+B, and B was determind in competition experiments with 3H-Glibenclamid in intact cells under physiological conditions. In addition, we examined how coexpression with KIR6.1 or KIR6.2 influences the affinity of SUR for different ligands. The results show clear differences in the affinity of the ligands. Coexpression of SUR2B(Y1206S) with KIR6.1 increases the affinity for the ligands (except UL-DF 9) by the factor 2.6. Comparing the KATP-channel subtypes, the SUR2-subunit couples more effectively to KIR6.2 than to KIR6.1. The difference is especially distinctive in the piperidino-glinides (Repaglinid und AZ-DF 265).

The results show that the SUR1 model of a binding pocket for sulfonylureas, which is subdivided into two compartments A and B, also applies to SUR2B. Compared to the binding of other SUR or KATP-channel subtypes the investigated sulfonylureas and glinides show a lower affinity to the vascular than to the pancreatic KATP-channels. The selectivity of binding is, however, lower than the electrophysiologically determined selectivity. This implies that the transduction of the binding of the sulfonylureas and glinides into channel closure contains a channel subtype component.