Der Einfluss des Na+-aktivierten K+-Kanals Slack auf die exzitotoxische Neuronenschädigung

Abstract

Akute sowie chronische neurodegenerative Erkrankungen zählen zu den führenden Ursachen für Behinderung und Tod weltweit. Exzitotoxische neuronale Schädigungsmechanismen spielen bei diesen Erkrankungen eine zentrale Rolle. Die Exzitotoxizität beschreibt dabei die Schädigung von Neuronen aufgrund der exzessiven Stimulation von hauptsächlich ionotropen NMDA- und AMPA-Glutamatrezeptoren. Der ubiquitär in Neuronen exprimierte Na+-aktivierte K+-Kanal Slack, welcher zur Slo-Genfamilie zählt, stellt ein wichtiger Regulator neuronaler Erregbarkeit dar und ist unter anderem an neuronalen Adaptionsprozessen, der langsamen Nachhyperpolarisation sowie rhythmischen Aktivitätsmustern bestimmter Neurone beteiligt. Aufgrund der hohen intrazellulären Na+-Ionenkonzentration ([Na+]i), die für eine Aktivierung des Slack-Kanals notwendig ist, wurde bereits früh spekuliert, dass Slack unter ischämischen/hypoxischen Bedingungen, die mit hohen [Na+]i einhergehen, von Bedeutung ist. Zudem ist eine direkte Interaktion von Slack-Kanälen mit AMPA-Rezeptoren bekannt. Der AMPA-mediierte Na+-Einstrom führt über die Aktivierung von Slack und dem dadurch vermittelten K+-Ausstrom im Sinne eines negativen Feedback-Mechanismus zur Reduktion der AMPA-induzierten exzitatorischen synaptischen Transmission. Gegenstand der vorliegenden Doktorarbeit war die Aufklärung der neuroprotektiven Wirkung des Slack-Kanals unter exzitotoxischen Bedingungen. Anhand intrastriataler NMDA-Injektionen sowie in vitro Exzitotoxizitätsstudien an primären cerebellären Granularzellen (CGC-Kulturen) konnte die neuroprotektive Rolle von Slack nachgewiesen werden. Weiterführende Untersuchungen zeigten erstmalig, dass Slack auch nach NMDA-Rezeptor-Stimulation aktiviert wird. Konkret führten intrastriatale NMDA-Mikroinjektionen in Slack-defizienten Mäusen zu signifikant größeren Hirnläsionen als in WT-Tieren. Auch in Slack-KO CGC-Kulturen war nach Applikation von Glutamat bzw. NMDA eine größere Zellschädigung als in WT Kulturen zu sehen. Zudem zeigten sich in WT und Slack-KO CGCs Unterschiede in der NMDA-induzierten Gentranskription. So wurde in WT CGC-Kulturen nach NMDA-Stimulation beispielsweise eine selektive Hochregulation der Tyrosinkinase-Rezeptoren TrkB und TrkC beobachtet. Dies bedingte ein gesteigertes BDNF-TrkB Signalling in WT Kulturen, wodurch es nachfolgend zu einer gesteigerten Aktivierung des ERK-Überlebenssignalwegs kam. Zusammengenommen implizieren diese Befunde, dass Slack an der aktivitätsabhängigen Genexpression beteiligt ist und hierüber zumindest einen Teil seiner neuroprotektiven Wirkung vermittelt.