Molekulare Wirkungsweise eines Naturgifts entschlüsselt

Bisse und Stiche von Schlangen, Spinnen und Skorpionen sind oft tödlich. Dabei werden im Körper des Opfers Giftstoffe freigesetzt, die dann an Ionen-Kanäle in der Zellmembran binden. Was genau dabei passiert, haben jetzt Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen zusammen mit Kollegen des Instituts für Neurale Signalverarbeitung am Zentrum für Molekulare Neurobiologie Hamburg (ZMNH) und der Universität Marseille herausgefunden und in der renommierten Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht. Mit einer Kombination aus magnetischer Resonanzspektroskopie (Festkörper-NMR) und speziellen Protein-Syntheseverfahren konnten sie zeigen, dass sich sowohl die Struktur des Kalium-Kanals selbst als auch des Toxins ändert, wenn diese sich zu einem Komplex verbinden. Diese Befunde könnten helfen, wirksamere Medikamente gegen Bluthochdruck und andere Krankheiten zu entwickeln, die mit Fehlfunktionen von Kalium-Kanälen zusammenhängen.

Die Zellen unseres Körpers sind von Membranen umgeben, in die wiederum Ionen-Kanäle eingebettet sind. Hierbei handelt es sich um spezielle Proteine, die es ganz bestimmten Ionen erlauben, die Zellmembran zu durchqueren. Dadurch baut sich ein elektrochemisches Gefälle auf, so dass Signale von Nerven- oder Herzmuskelzellen weitergeleitet werden können. Wird eine solche Zelle erregt, ändert sich die Struktur ihrer Ionen-Kanäle: Diese bilden Poren, durch die Ionen passieren können. So gibt es beispielsweise Kalium-Kanäle, also Proteine, die nur für Kalium-Ionen durchlässig sind. Diese sind Angriffsziel für hochspezifische Toxine vieler giftiger Tiere. Diese Toxine interagieren mit den Kalium-Kanälen in den Zellen des Opfers, so dass elektrische Signale nicht mehr weitergeleitet werden, was oft zum Tode führt.

Solche Wechselwirkungen sind auf struktureller Ebene bisher nur unzureichend untersucht, obwohl man mithilfe der Röntgenkristallographie bereits große Fortschritte bei der Erforschung der Ionen-Kanäle erzielt hat. Deshalb haben sich die Wissenschaftler aus Göttingen, Hamburg und Marseille etwas einfallen lassen: Sie kombinierten neue Methoden der magnetischen Resonanzspektroskopie (Festkörper-NMR) mit bestimmten Protein-Syntheseverfahren und untersuchten am Beispiel des Gifts des nordafrikanischen Skorpions Androctonus mauretanicus mauretanicus, wie bakterielle Kalium-Kanäle mit einem Toxin auf atomarer Ebene in Wechselwirkung treten.

Die Forschungsergebnisse sind auch für die Entwicklung neuer spezifischer Kaliumkanalantagonisten, unter anderem als Immunsuppressiva, von großem Interesse.

Nach einer Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft, München