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Wie Stress die Muskeln unkontrollierbar macht

18.10.2011
Jeder kennt die muskuläre Anspannung bei körperlichem oder seelischem Stress.

Der menschliche Organismus wird durch diese Reaktion auf gesteigerte körperliche Leistung vorbereitet. Bei empfindlichen Menschen kann es jedoch als Folge dieser Stressreaktion zu wiederkehrenden Muskellähmungen, den so genannten periodischen Paralysen, kommen. In seltenen Fällen treten zusätzlich Herzrhythmusstörungen oder Ohnmachtsanfälle auf, im schlimmsten Fall kann es zum plötzlichen Herztod kommen.

Wie Stress diese Störungen auslöst, haben internationale Forscher um das Forscherpaar Prof. Dr. Guiscard F.A. Seebohm und PD. Dr. Nathalie Strutz-Seebohm (Lehrstuhl für Biochemie I – AG Kationenkanäle der Ruhr-Universität) nun auf zellulär-molekularer Ebene untersucht. Ihre Erkenntnisse über das Zusammenspiel des Stresshormons Cortisol mit mutierten Ionenkanälen der Muskelzellen könnten Wege zu besseren Therapien und neuen Medikamenten aufzeigen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher nun in der biomedizinischen Fachzeitschrift FASEB Journal – Research Communication veröffentlicht.

Elektrische Signale korrekt kontrollieren

Die Muskelanspannung im Skelettmuskel und im Herzen wird durch ein fein abgestimmtes Zusammenspiel elektrischer Signale kontrolliert. Diese Signale werden durch den Strom von geladenen Teilchen, den Ionen, durch verschiedene Typen von Ionenkanälen in den Wänden der Muskelzellen geleitet. Funktioniert einer der Ionenkanäle nicht richtig, wird das Konzert der Ionenkanäle gestört; der Skelettmuskel wird unkontrollierbar und der Herzmuskel kommt aus dem Takt. Eine bestimmte Form dieser Muskelstörungen können wiederkehrende Muskellähmungen, die periodischen Paralysen, und potenziell tödliche Herzrhythmusstörungen – die so genannte Torsade de pointes-Arrhythmien – hervorrufen.

Ursache dieser Störungen sind Mutationen in den einwärtsgleichrichtenden Kir2-Kaliumkanälen. Diese Kanäle sorgen für die elektrische Stabilität der Muskelzellen. Sind sie defekt, z.B. aufgrund von Mutationen, ist die Erregbarkeit der Muskelzellen nicht ausreichend kontrolliert. Patienten mit einem solchen erblichen Defekt im Kir2-Kanal neigen zu wiederkehrenden anfallartigen Muskellähmungen und Herzrhythmusstörungen, die zu Blutdruckabfall und plötzlichem Herztod führen können.

Das Stresshormon Cortisol stimuliert Ionenkanäle in Muskeln

Es ist bereits länger bekannt, dass Stress oder systemische Gabe des Stresshormons Cortisol bei diesen Patienten die muskulären Paralysen auslösen können. Die molekulare Ursache dieser Fehlreaktion war aber bisher völlig unklar und eine gezielte medikamentöse Behandlung daher sehr schwierig. Ein Team um das Forscherpaar Prof. Dr. Guiscard Seebohm und PD. Dr. Nathalie Strutz-Seebohm kam dem Problem nun auf die Spur. Sie konnten zeigen, dass der Kir2-Kanal bei Gesunden durch das Stresshormon Cortisol stimuliert wird. Cortisol aktiviert in Muskelzellen eine Signalkaskade, die mehr Kir2-Kanäle aus Speichern innerhalb der Muskelzelle an die Zelloberfläche, die Plasmamembran, transportiert, wo sie ihre Funktion entfalten können.

Mutierte Kir-Kanäle von Patienten reagieren falsch auf Cortisol

Um das Problem bei mutierten Ionenkanälen zu ergründen, schleusten die Forscher für ihre aktuelle Arbeit gesunde und mutierte Ionenkanäle in Froscheier und kultivierte Zellen ein. Die Funktion der Ionenkanäle untersuchten sie elektrophysiologisch und mikroskopisch. Ihr Ergebnis: Etwa die Hälfte mutierter Kir2-Kanäle, die bei Patienten mit erblichen periodischen Paralysen und Herzrhythmusstörungen vorkommen, reagiert völlig anders auf Cortisol als die Kanäle von gesunden Personen. Die Funktion dieser mutierten Kir2-Kanäle wird durch das Enzym SGK1 nicht wie die Funktion gesunder Kanäle stimuliert, sondern gehemmt. Die Forscher konnten die molekulare Grundlage dieser komplexen Veränderungen herausfinden: Die mutierten Kanäle interagieren nicht korrekt mit bestimmten Membrananteilen und gelangen dadurch nicht wie die gesunden Kanäle in die richtigen intrazellulären Speicher. Deshalb kann das Enzym SGK1 den Transport dieser mutierten Kir2-Kanäle in die Plasmamembran nicht mehr korrekt stimulieren, und es werden weniger Kanäle in die Plasmamembran eingebaut, so dass ihre Aktivität an der Oberfläche der Muskelzelle abnimmt.

Neue Hoffnung auf Gen-spezifische Therapie und neue Medikamente

Durch diese neuen Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen erblicher Muskelerkrankungen ergeben sich neue, vielversprechende Ansatzpunkte für die Therapie dieser potenziell tödlichen Krankheit. Auch die Entwicklung neuer spezifischerer Medikamente rückt nun in greifbare Nähe. „Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse dazu beitragen, in Zukunft Muskelstörungen – einschließlich des Herzmuskels – besser therapieren und so die wiederkehrenden Muskelparalysen und den plötzlichen Herztod wirksamer verhindern zu können", so Prof. Guiscard Seebohm.

Titelaufnahme

Guiscard Seebohm, Nathalie Strutz-Seebohm, O. N. Ureche, Regina Preisig-Müller, Marylou Zuzarte, Elaine V. Hill, Marie-Cécile Kienitz, Said Bendahhou, Michael Fauler, Daniel Tapken, Niels Decher, Anthony Collins, Karin Jurkat-Rott, Klaus Steinmeyer, Frank Lehmann-Horn, Jürgen Daut, Jeremy M. Tavare´, Lutz Pott, Wilhelm Bloch, and F. Lang: „Altered stress stimulation of inward rectifier potassium channels in Andersen-Tawil syndrome“, The FASEB Journal –Research Communication, fj 11-189126.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Guiscard Seebohm, AG Kationenkanäle - Lehrstuhl für Biochemie I, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-23742, E-Mail: guiscard.seebohm@gmx.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

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