Sven Moosmang, Julia Brandmayr, Carl Christel, Stefanie Fischer, Lior Shaltiel

Konditionelle Inaktivierung des CACNA1C (~Ca_v1.2) Gens

Der Kalziumeinstrom über spannungsgesteuerte L-Typ Kalziumkanäle ist einer der verbreitetsten transmembranären Signaltransduktionmechanismen in Säugetieren. Obwohl pharmakologische Blocker der L-Typ Kanäle einen wichtigen Platz in der medizinischen Therapie einnehmen, ist die (patho)-physiologische Relevanz der 4 L-Typ Isoformen (Ca_v1.1 – Ca_v1.4) bis dato noch ungeklärt. Von meiner Gruppe wurden daher konditionelle Knockout-Mausmodelle des Ca_v1.2 L-Typ Kanals unter zu Hilfenahme des Cre/loxP Systems hergestellt und analysiert. Es ist uns gelungen, einige der Funktionen der L-Typ Kalziumkanäle als Signalvermittler zwischen der Zellmembran und intrazellulären Prozessen wie der Blutdruckregulation, Kontraktilität glatter Muskulatur, Insulinfreisetzung, Herzentwicklung und Lernen und Gedächtnis aufzuklären. Weitere Analysen gewebsspezifischer Tiere, etwa zur Aufklärung der Funktion des Ca_v1.2 Kanals im Herzen, im circadianen Rhythmus, im Angstlernen, im Axonenwachstum oder im Immunsystem werden zur Zeit durchgeführt.

Regulation der L-Typ Kalziumkanäle durch Ca²⁺, Calmodulin und Proteinkinasen

Spannungsabhängige L-Typ Kalziumkanäle werden in ihrer Funktion durch verschiedene Systeme wie Proteinkinasen, Calmodulin oder Kalzium selbst reguliert. Diese Regulationsprozesse sollen an so diversen Phänomenen wie der Entstehung von Autismus, Morbus Alzheimer, kardialen Arrhythmien oder Herzinsuffizienz beteiligt sein. Mein Hauptziel in diesem Zusammenhang besteht in der Erzeugung und Phänotypisierung von Mauslinien mit (1) einem Proteinkinase A-insensitiven Ca_v1.2 unter Verwendung eines Knock-in Ansatzes mit einer gezielten Mutation von S1928 des Kanals zu Alanin, (2) einem sinusknoten-spezifischen, induzierbaren Knockout von Ca_v1.2 mit Hilfe von HCN4-Cre Mäusen (Kollaboration mit Prof. Ludwig, Erlangen), (3) Ca_v1.2 ohne kalziumabhängige Inaktivierung unter Verwendung einer gezielten Mutation im „IQ-Motiv“ des Kanals zu Glutamat und (4) einem CaMKII-insensitiven Ca_v1.2 unter Verwendung eines Knock-in Ansatzes mit einer gezielten Mutation der Serine 1512 und 1570 des Kanals zu Alanin. Diese Tiermodelle werden zur Zeit fertiggestellt oder bereits analysiert.

 Ca²⁺ -abhängige kardiovaskuläre und neuronale Gentranskription

Der Kalziumeinstrom über spannungsgesteuerte L-Typ Kalziumkanäle ist entscheidend für die Aktivierung kardiovaskulärer und neuronaler Transkriptionsfaktoren wie CREB, NFAT and MEF-2. Es ist meiner Gruppe kürzlich gelungen, zu zeigen, dass der MAPK Signaltransduktionsweg und die CRE-abhängige Transkription in CA1 Pyramidenneuronen unserer Ca_v1.2 Knockouttiere vermindert ist. Um den Mechanismus dieser Kopplung Zellmembran – Zellkern zu verstehen, generieren wir im Moment eine Mauslinie mit Ca_v1.2 mit einer gezielten Mutation von I1624 des Kanals zu Glutamat, was die Calmodulin-Bindung am Kanal stören und so die Aktivierung des MAPK Signalwegs ausschalten sollte. Es wurde außerdem kürzlich gezeigt, dass ein Carboxy-terminales Fragment von Ca_v1.2 in den Zellkern transloziert und Gentranskription auslöst. Wir generieren im Moment eine Mauslinie mit Carboxy-terminal trunkiertem Ca_v1.2 um die Bedeutung dieses neuentdeckten Transkriptionsfaktors in vivo zu klären.

Andrea Welling, Katharina Köstner
Technische Unterstützung: Urszula Kremser

In unseren Forschungsprojekten untersuchen wir die Ionenkanal-vermittelte Signaltransduktion in erregbaren Zellen. Dabei interessieren wir uns besonders für die Physiologie und Pathophysiologie von Kalziumkanälen im kardiovaskulären System sowie in Inselzellen des Pankreas. Ein Hauptuntersuchungsobjekt stellt der Ca_V1.2 L-Typ Kalziumkanal dar, der wesentlich zur Plateauphase im Arbeitsmyokard und dem Tonus der glatten Gefäßmuskulatur beiträgt. In B-Zellen des Pankreas bedingt Ca_V1.2 die erste Phase der Insulinfreisetzung. Diese fehlt beim Typ-2-Diabetes. Die Funktion des Ca_V1.2 Kalziumkanals in A-Zellen des Pankreas ist noch weitgehend unbekannt. Neben Kalziumkanälen sollen hier Natriumkanäle entscheidend an der Hormonsekretion beteiligt sein. Wir konnten Na_V1.7 in A-Zelle identifizieren und wollen dessen Funktion genauer untersuchen. Wir verfügen über zahlreiche transgene Mauslinien. Zur Untersuchung verwenden wir vor allem elektrophysiologische, aber auch histologische und molekularbiologische Methoden.