Regulation of TASK potassium channels by G-protein coupled receptors

TASK Kaliumkanäle tragen in vielen Zelltypen zur Generierung des Membranpotentials bei, wodurch sie zahlreiche zelluläre Funktionen beeinflussen. Obwohl TASK-vermittelte Ströme häufig als „Hintergrundleitfähigkeit“ bezeichnet werden, sind sie vielfach reguliert; unter anderem werden TASK Kanäle durch jene Hormone und Neurotransmitter gehemmt, welche Gαq/11-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GqPCR) aktivieren. Diese Kanalregulation spielt zum Beispiel für die Anpassung der Erregbarkeit von Nerven- und Herzmuskelzellen, wie auch für die Aldosteronsekretion in der Nebenniere eine Rolle. Trotz der physiologischen Bedeutung von TASK Kanälen und deren Inhibition konnte der zugrunde liegende Mechanismus für die GqPCRvermittelte Regulation noch nicht aufgeklärt werden. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, das verantwortliche Signalmolekül zu identifizieren und seinen Effekt auf zerebelläre Körnerzellen zu untersuchen. Die klassische GqPCRs Signalkaskade beginnt mit der Aktivierung von Gαq, welches die Phospholipase Cβ aktiviert. Diese spaltet daraufhin das Membranlipid Phosphatidylinositol( 4,5)bisphosphat zu Diacylglycerol (DAG) und Inositol(1,4,5)trisphosphat. Mit verschiedenen experimentellen Ansätzen habe ich zuerst die Bedeutung der Phospholipase C für die GqPCR-vermittelte TASK Regulation herausgearbeitet. In weiterer Folge konnte ich zeigen, dass die direkte Applikation eines DAG-Analogons ausreicht, um den Kanal zu inhibieren. Die Abschwächung des durch Stimulation von GqPCRs erreichten DAG-Transienten durch Überexpression DAG-metabolisierender Enzyme reduzierte gleichermaßen die Inhibition der TASK Kanäle. Da bereits gezeigt wurde, dass ein sechs Aminosäuren langes Motiv im TASK C-Terminus essentiell für die GqPCR-vermittelte Inhibition ist, habe ich den Kanal in diesem Motiv mutiert und die Mutanten auf ihre DAG-Sensitivität untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen der Inhibition durch Aktivierung eines GqPCRs und der Applikation des DAG-Analogons und untermauern die vorangegangenen Resultate, dass die DAG Produktion der GqPCR-vermittelten TASK Inhibition zugrunde liegt. Um die Ergebnisse aus den heterolog exprimierenden Zellen im nativen System zu validieren, untersuchte ich den TASK-vermittelten Strom IKSO in dissoziierten zerebellären Körnerzellen. Sowohl die Aktivierung muskarinischer Rezeptoren, als auch die Applikation des DAG-Analogons führten zu einer deutlichen Reduktion des IKSO, welche mit einer Depolarisation der Zellmembran einher ging. Zusammengefasst zeigen meine Ergebnisse, dass DAG der verantwortliche second messenger in der GqPCR Signalkaskade ist, welcher zur Schließung der TASK Kanäle führt. Das erweitert die Sicht auf die Signalwirkung des kleinen Membranlipids DAG und betont den Zusammenhang zwischen DAG und zellulärer Erregbarkeit.