Gehör: Protein verankert Kalziumkanäle

27. Juli 2015
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Das Protein RIM2 ist für die Verankerung von Kalziumkanälen an den speziellen Bändersynapsen der inneren Haarzellen verantwortlich. Fehlt das Protein oder ist es verändert, werden die Kalziumkanäle in zu geringer Anzahl angelegt. Diese Störung kann zu Schwerhörigkeit führen.

Dass die Bändersynapsen der inneren Haarzellen eine Schlüsselrolle bei der Signalumwandlung vom akustischen Reiz in ein Nervensignal haben, ist seit einigen Jahren bekannt. Die besonderen Synapsen der inneren Haarzellen sind durch ihren speziellen Aufbau auf die schnelle und präzise Reizumwandlung optimal abgestimmt. Ebenso war schon bekannt, dass die räumlich präzise Verankerung Dutzender Kalziumkanäle wichtig für das Funktionieren der Bändersynapsen ist. Viele verschiedene Proteine müssen für die Vorgänge, wie die Freisetzung von Botenstoffen, an der Synapse koordiniert zusammenspielen.

Bisher nahm die Grundlagenforschung an, dass die Botenstofffreisetzung an den Bändersynapsen zum Großteil anders abläuft als in anderen Synapsen. Diese Vermutung lag nahe, weil sich die Proteinmaschinerie der Bändersynapsen in ihrem molekularen Aufbau entscheidend von anderen Synapsen unterscheidet. Sonst sehr gängige und wichtige Komponenten für die Botenstofffreisetzung schienen an den Bändersynapsen der inneren Haarzellen zu fehlen. Dafür besitzen sie teilweise ganz andere Moleküle.

Proteinmaschinerie teilweise ähnlich

Die Arbeitsgruppen des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften und der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) mit Gruppen der Max-Planck-Institute für Experimentelle Medizin und für Biophysikalische Chemie in Göttingen sowie der Universität Bonn haben jetzt entdeckt, dass ein Protein, das an konventionellen Synapsen vorhanden ist, ebenfalls eine wichtige Rolle an den Bändersynapsen im Innenohr spielt: Das Rab3-Interaktions-Molekül (RIM) ist ein typisches Protein der Zytomatrix an der aktiven Zone von Synapsen. Diese Zytomatrix besteht aus zahlreichen Proteinen, die der Vesikelrekrutierung, -freisetzung, der Verankerung von Kalziumkanälen oder der Strukturgebung dienen.

„Mit unserer Entdeckung konnten wir zeigen, dass die Proteinmaschinerie doch teilweise ähnlich ist. Allerdings kommen in den Bändersynapsen andere Varianten von RIM zum Einsatz, nämlich RIM2α und β. RIM1 hingegen ist im Gegensatz zu anderen Synapsen nicht vorhanden“, sagt Dr. Carolin Wichmann, eine der Seniorautoren der neuen Studie, Leiterin der Arbeitsgruppe Molekulare Architektur von Synapsen am Institut für Auditorische Neurowissenschaften und InnenOhrLabor sowie Projektleiterin im Sonderforschungsbereich 889 „Zelluläre Mechanismen sensorischer Verarbeitung“ der Universitätsmedizin Göttingen.

Weniger Kalzium bei RIM2-Abwesenheit

Mittels hochauflösender STED-Mikroskopie konnten die Göttinger Hörforscher zudem aufklären, dass RIM2 in direkter Nähe zu den Kalziumkanälen an der Synapse lokalisiert. In Mäusen, denen das Protein RIM2α fehlt, sind weniger Kalziumkanäle in der synaptischen Membran vorhanden. „Mit zellphysiologischen Messungen konnten wir aufklären, dass bei Abwesenheit von RIM2α Protein weniger von dem benötigten Kalzium in die Zelle einströmt. Dies hat zur Folge, dass die Freisetzung der Botenstoffe vermindert ist“, sagt Dr. Sangyong Jung, Wissenschaftler am Institut für Auditorische Neurowissenschaften der UMG und einer der Erstautoren der Studie.

 © umg/Jung und Chakrabarti

STED-Aufnahmen von Kalziumkanälen. die an der synaptischen Membran der Bändersynapsen angeordnet sind (grün). Das synaptische Band ist konfokal aufgenommen und hier in Magenta dargestellt. (Abb. B) Virtueller Schnitt aus einer 3D-Rekonstruktion einer Bändersynapse aufgenommen mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop. © umg/Jung und Chakrabarti

Weitere Details bei genetisch veränderten Synapsen konnten die Göttinger Hörforscher mit dem Elektronenmikroskop in 3D erkennen. Es zeigte sich, dass weniger Vesikel an der synaptischen Membran über dünne Filamente gebunden sind. „Wir vermuten, dass diese Filamente an der Synapse mithelfen, synaptische Vesikel zur Membran zu führen. So wird offenbar sichergestellt, dass möglichst viele Vesikel mit der Membran verschmelzen und ihre Botenstoffe freisetzen können. Liegen weniger gebundene Vesikel vor, so kann dies bereits die Freisetzung verringern“, sagt Dr. Carolin Wichmann. Die Weiterleitung des Signals über den Hörnerv ist ebenfalls beeinträchtigt und führt in den betroffenen mutanten Mäusen zu einer Hörstörung.

Originalpublikation:

Rab3-interacting molecules 2α and β (RIM2α and RIM2β) promote the abundance of voltage-gated CaV1.3 Ca2+ channels at hair cell active zones
Sangyong Jung et al.; PNAS, doi: 10.1073/pnas.1417207112; 2015

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Forschung, HNO, Medizin, Neurologie

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