RUB-Forscher entdecken neuen Zellkanal

Bisher waren sechs Kanaltypen bekannt, über die Zellen Informationen austauschen und weiterverarbeiten. Bochumer Forscher konnten jetzt einen siebten Kanaltyp nachweisen. Kennzeichen ist, dass er durch Histamin geöffnet wird. Die Wissenschaftler entdeckten den Kanal an der Kontaktstelle von den Sehzellen zu den Gehirnzellen der Taufliege Drosophila melanogaster.

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Bochumer Forscher entdecken neuen Zellkanal
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Zellen sprechen miteinander. Über Kanäle, die sich in der Zellmembran öffnen, tauschen sie Informationen aus, leiten sie Zelle für Zelle weiter und verarbeiten sie. Bisher waren sechs solcher Kanaltypen bekannt. Die Bochumer Forscher Dr. Günter Gisselmann, Dr. Hermann Pusch und Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt (Zellphysiologie, Fakultät für Biologie der RUB) konnten jetzt in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Bernhard Hovemann (Biochemie/Molekulare Zellbiochemie) einen siebten Kanaltyp nachweisen. Kennzeichen ist, dass er durch Histamin geöffnet wird. Die Forscher entdeckten den Kanal an der Kontaktstelle von den Sehzellen zu den Gehirnzellen der Taufliege Drosophila melanogaster. Das Magazin „Nature Neuroscience“ veröffentlicht die Forschungsergebnisse in seiner Januarausgabe, die heute (3. Januar 2002) erscheint.

So reden Zellen miteinander

Nervenzellen bilden die Basis für alle Sinnes- und Verhaltensleistungen. Grundlage ist ein elektrisches Signal, das sich entlang von Nervenfasern fortpflanzt. Gelangt das Signal an das Faserende, löst es die kurzfristige Ausschüttung eines Botenstoffs (Transmitter) aus. An der benachbarten Zelle bindet der Transmitter an bestimmte Proteinstrukturen, sog. Rezeptoren. Der Rezeptor kann Teil des Kanals sein, der nach Besetzen des Rezeptors direkt öffnet; man spricht dann von direkt gesteuerten Kanälen. Die Bindung des Transmitters an den Rezeptor wirkt wie das Drücken eines Schalters: Durch den geöffneten Kanal fließt Strom, so dass die Zelle erregt wird. Der Rezeptor kann aber auch Teil eines Proteins sein, das kein Kanal ist, sondern eine Reihe von chemischen Reaktionen in der Zelle auslöst (sog. indirekte Übertragung).

Mühsame Arbeit

Die Entschlüsselung des menschlichen Erbgutes ist weitgehend abgeschlossen. Bei der Taufliege Drosophila melanogaster war es bereits Anfang 2000 so weit. Die Wissenschaftler um Professor Hatt suchten aus den 13.600 Genen der Fliege gezielt solche heraus, die bereits bekannten kanal-kodierenden Genen ähneln. Sie fanden über 50 Gene für direkt gesteuerte Kanäle, von denen insgesamt nur ca. 20 Prozent in ihrer Funktion bekannt waren. Das Erbmaterial der unbekannten Kanäle injizierten die Forscher in Froscheier, die daraufhin die entsprechenden Kanäle ausbildeten und ihre Untersuchung ermöglichten. Durch ein Screening mit verschiedenen Testsubstanzen stellten die Forscher fest, dass zwei der Gene die Baupläne für einen Histamin-gesteuerten Kanal liefern.

Wie arbeitet der Kanal …

Seit ca. zehn Jahren lernt jeder Biologiestudent, dass es sechs Typen von direkt gesteuerten Kanälen gibt. Die Unterteilung ergibt sich aus den sechs verschiedenen Transmittern, die sie öffnen (Glutamat, Acetylcholin, GABA, Glycin, Serotonin und ATP). Von Histamin wusste man bislang nur, dass es einen Fluss elektrischer Teilchen an der Zelle erzeugt. Wie dies geschieht und welche Strukturen beteiligt sind, war unklar. Mit dem neu entdeckten Kanal kennt man nun einen siebten direkt gesteuerten Kanaltyp, die Wissenslücke schließt sich. Mit einer pharmakologischen Charakterisierung klärten die Wissenschaftler dann, ob es andere Stoffe gibt, die den Kanal öffnen können, welchen Einfluss die Histamin-Konzentration hat und welche Stoffe den Rezeptor hemmen und so eine Kanalöffnung verhindern können. Dabei zeigte sich, dass z. B. Antihistaminika, die auf den menschlichen indirekt gesteuerten Histamin-Rezeptor hemmend wirken (und so eine allergische Reaktion unterdrücken sollen) auch den Insekten-Kanal blockieren. In der Pharmaindustrie könnte der Kanal einen neuen Ansatzpunkt für Insektizide bieten.

… und wo findet man ihn ?

Nun fragten sich die Wissenschaftler, wo der Kanal in der Fliege vorkommt. Sie färbten alle Zellen an, in denen der Kanal gebildet wird und wurden im Fliegenauge fündig: In einer dünnen Zellschicht wurden Zellen markiert, die die erste Schaltzentrale für visuelle Reize im Fliegenauge bilden. Damit hat die Arbeitsgruppe nicht nur einen neuen Ionenkanal entdeckt, sondern auch ein bislang fehlendes Bindeglied beim Verständnis, wie Insekten Sehinformation verarbeiten. Das Ergebnis passt zu der Erkenntnis, dass Fliegen ohne dieses Gen blind sind. Jetzt erforschen die Wissenschaftler die übrigen potentiellen Kanal-Gene von Drosophila und suchen auch beim Menschen nach einem durch Histamin direkt gesteuerten Kanal. Die Gruppe um Professor Hatt geht davon aus, dass es maximal zehn Transmitter gibt, die Kanäle direkt öffnen, so dass nur zwei bis drei Kanäle übrig bleiben, zu denen noch kein Gen gefunden wurde.

Titelaufnahme

G. Gisselmann, H. Pusch, B.T. Hovemann, H. Hatt; Primary structure and functional expression of two histamine-gated ion channels in Drosophila melanogaster; Nature neuroscience Vol. 5 (1), S. 11-12, 2002

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt, Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Biologie, Lehrstuhl für Zellphysiologie, Tel. 0234/32-26792, Fax: 0234/32-14129, E-Mail: hanns.hatt@ruhr-uni-bochum.de