Einem internationalen Team gelangen hochauflösende Bilder der Ionenkanäle, die den Herzschlag steuern. Die Ergebnisse könnten zur Entwicklung nebenwirkungsarmer Herzmedikamente beitragen.
Mittlerweile können Mediziner gut nachvollziehen, was auf der molekularen Ebene passiert, wenn der Herzschlag sich erhöht: Die Hauptrolle spielen die sogenannten HCN-Kanäle, deren Aktivität durch zelluläre Signale gesteuert wird. Je nach Aktivität des Kanals ist die Distanz zwischen aufeinanderfolgenden Aktionspotentialen kürzer oder länger. Damit wird die Frequenz des Herzschlages höher oder niedriger.
Eine internationale Forschungsgruppe hat die Proteinstruktur und Funktion derjenigen Isoform der HCN-Kanäle, die im Sinusknoten des Herzens aktiv sind näher untersucht. Mithilfe einer Cryo-Elektronenmikroskopie konnten die Forschenden die feinen Strukturen hochauflösend darstellen. Dadurch wurden bisher unbekannte Details in der Architektur des Kanalproteins und deren funktionelle Eigenschaften abgebildet.
Noch bemerkenswerter ist jedoch die Erkenntnis, dass sich einige der Kanalstrukturen im offenen, das heißt im ionenleitenden Zustand, befinden. Mit Hilfe von sogenannten molekulardynamischen Simulationen auf dem Lichtenbergrechner, einem Hochleistungsrechner, wurde die Funktion der HCN-Kanäle untersucht. Mit dieser Methode kann man sozusagen dem Protein bei der Arbeit zuschauen.
Die Einblicke in die Funktionsweise des Kanalproteins, die aus den Simulationen gewonnen wurden, sind bemerkenswert. Sie zeigen, dass die HCN-Kanäle, anders als die verwandten Kaliumionen-Kanäle (K+-Kanäle), keine starre Pore für den Ionendurchtritt haben, sondern je nachdem ob Natrium- (Na+) oder Kaliumionen durch den Kanal transportiert werden, sich dynamisch an die Größe des transportierten Ions anpassen. Damit hat man erstmalig einen Erklärungsansatz für den Mechanismus, der es HCN-Kanälen erlaubt, nicht nur K+ sondern – wichtig für ihre Funktion – auch Na+ zu transportieren.
Die detaillierten Einblicke eignen sich besonders die Funktionsweise der Proteine noch besser zu verstehen. Basierend darauf könnten spezifische Medikamente zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen entwickelt werden, die weniger Nebenwirkungen haben.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt. Hier findet ihr die Originalpublikation.
Bildquelle: sol, unsplash.