In die Zelle, aus der Zelle – Forschergruppe untersucht die Dynamik von Ionenkanälen

Sie haben zentrale Bedeutung für das Nachrichtenwesen im Organismus: Ionenkänale und -transporter sind Proteine in der Zellmembran, die als Schleusen für den Transport verschiedener Ionen wie Kalium-, Natrium- oder Chlorid-Ionen in die und aus der Zelle dienen. Sie vermitteln beispielsweise die elektrische Aktivität von Nervenzellen oder steuern die Blutdruckregulierung.

Als Beteiligte an solch grundlegenden Lebensprozessen spielen Ionenkanäle auch eine wichtige Rolle für das Verständnis von Krankheitsmechanismen oder für Therapieansätze, etwa wenn durch den gezielten Verschluss solcher Kanäle Krebszellen zum Absterben gebracht werden sollen.

Die Arbeitsweise dieser Durchgangstore durch die Zellmembran ist der Untersuchungsgegenstand einer Forschergruppe mit Wissenschaftlern aus sieben Forschungsinstitutionen in ganz Deutschland. „Unser besonderes Interesse gilt dabei der Aktivierung dieser Kanäle durch chemische Signale, sogenannte Liganden“, so der Sprecher der Forschergruppe, Prof. Klaus Benndorf von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Der Physiologe untersucht in seinem Teilprojekt am Universitätsklinikum Jena gemeinsam mit Dr. Jana Kusch und Prof. Holger Gohlke (Universität Düsseldorf) die funktionale Dynamik von Schrittmacherkanälen, die die rhythmische Aktivität im Herzmuskel oder im Hirn regulieren. Neben den dabei angewandten elektrophysiologischen Messmethoden werden die Wissenschaftler in ihren Experimenten auch mit fluorometrischen und strukturbiologischen Methoden sowie mit molekulardynamischen Simulationen arbeiten.

Auch in mehreren anderen Teilprojekten werden experimentelle Ansätze mit theoretischen Ansätzen und umfangreichen Simulationsrechnungen kombiniert. Die Arbeitsgruppe von Prof. Paolo Carloni am Forschungszentrum Jülich wird sich zum Beispiel Chlorid-Kanälen widmen, die in sehr ähnlicher Struktur sowohl in Bakterien als auch in tierischen Zellen vorkommen.

„Mittels quanten- und moleküldynamischer Simulationen wollen wir erkunden, warum diese Kanäle Chloridionen und in die Gegenrichtung Protonen transportieren, nicht aber andere Anionen wie Nitrat- oder Jodidionen, und wie Kanäle für den Transport dieser Anionen arbeiten,“ beschreibt der Bioinformatiker seine Fragestellung. Diese Untersuchungen werden in enger Abstimmung mit Experimenten der Gruppe von Prof. Christoph Fahlke (ebenfalls Forschungszentrum Jülich) erfolgen.

Klaus Benndorf: „Durch die Synergie von Experimenten und ‚in silico‘ Analysen erwarten wir uns neue Einblicke in die Funktionsweise von ausgewählten Ionenkanälen und Transportern. Wir erhoffen uns auch neue Forschungsansätze für diese Membranproteine, aus denen langfristig Strategien zur Identifizierung spezifischer Wirkstoffe für Ionenkanäle entstehen könnten.“ Die DFG fördert die acht Teilprojekte der Forschergruppe für die kommenden drei Jahre.

Beteiligte Arbeitsgruppen:
Prof. Dr. Thomas Baukrowitz, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Prof. Dr. Klaus Benndorf, Dr. Jana Kusch, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Universitätsklinikum Jena
Prof. Andrew Plested, Dr. Han Sun, Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie, Berlin
Prof. Dr. Christoph Fahlke, Dr. Jan-Philipp Machtens, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Bert de Groot, Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen
Prof. Dr. Paolo Carloni, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Holger Gohlke, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Prof. Dr. Frank Noé, Dr. Nuria Plattner, Freie Universität Berlin

Kontakt:
Prof. Dr. Klaus Benndorf,
Institut für Physiologie II, Universitätsklinikum Jena,
Tel.: 03641/934350
E-Mail: Klaus.Benndorf[at]med.uni-jena.de