Molekulare Wirkungsweise von Giftstoffen aufgeklärt

Entwicklung von Medikamenten innerhalb von fünf Jahren denkbar

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen http://www.mpibpc.gwdg.de haben zusammen mit Forschern des Instituts für Neurale Signalverarbeitung in Hamburg http://www.uke.uni-hamburg.de/institute und französischen Kollegen der Universität Marseille http://www.univ-cezanne.fr erstmals die molekulare Wirkungsweise von Giftstoffen nachweisen können. Sie kombinierten neue Methoden der magnetischen Resonanzspektroskopie – so genannte Festkörper-NMR – mit bestimmten Protein-Syntheseverfahren und konnten so zeigen, wie die Giftstoffe an Ionenkanäle binden und sowohl deren interne Struktur als auch die Struktur des Toxins verändern, wenn diese sich zu einem Komplex verbinden.

Ionenkanäle sind Proteinstrukturen in der Membran von Zellen, die es ganz bestimmten Ionen erlauben, die Zellmembran zu durchqueren. Dadurch baut sich ein elektrochemischer Höhenunterschied auf, so dass Signale von Nerven- oder Herzmuskelzellen weitergeleitet werden können. Wird eine solche Zelle erregt, ändert sich die Struktur ihrer Ionenkanäle: Diese bilden Poren, durch die Ionen passieren können. So gibt es zum Beispiel Kalium-Kanäle, die nur für Kalium-Ionen durchlässig sind. Deshalb sind sie Angriffsziel hochspezifische Toxine vieler giftiger Tiere. Zwischen diesen Toxinen und den Kalium-Kanälen in den Zellen des Opfers entsteht eine Wechselwirkung, wodurch die elektrischen Signale nicht mehr weitergeleitet werden – oft mit tödlicher Folge.

Mittels Festkörper-NMR haben die Wissenschaftler nun untersucht, welche Wirkung Kaliotoxin, das Gift eines nordafrikanischen Skorpions, auf einen Kalium-Kanal hat. Dabei zeigte sich, dass das Gift an einen ganz bestimmten Bereich des Kanals – die Porenregion – bindet und deren Struktur verändert. Doch auch die Struktur des Toxins hatte sich verändert. Das deutet darauf hin, dass Giftstoffe nur dann wirksam sind, wenn sie eine bestimmte Aminosäuresequenz des Ionenkanals erkennen. Für eine starke Wechselwirkung der Moleküle müssen beide Bindungspartner offensichtlich ausserdem in der Lage sein, ihre Struktur zu ändern.

Die angewandten neuen spektroskopischen Methoden leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Pharmakologie und Physiologie von Kalium-Kanälen. „Mittels Festkörper-NMR können wir sehr genau beobachten, wie die Ionenkanäle reagieren. Auf der Grundlage dieser Wahrnehmungen können wir uns dann überlegen, wie Fehlfunktionen zu behandeln sind“, so Marc Baldus, einer der an der Studie beteiligten Wissenschaftler, im Gespräch mit pressetext. „Wir arbeiten bereits an der Entwicklung von Medikamenten gegen Krankheiten, die mit Fehlfunktionen von Kalium-Kanälen zusammenhängen. Es wäre sehr leicht denkbar, dass wir damit innerhalb der nächsten fünf Jahre erfolgreich sind“.

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