Open Access

Niels Decher

• In der vorliegenden Arbeit wurden drei experimentelle Ansätze gewählt, um kardiale Ionenkanäle zu charakterisieren, die möglicherweise einen Einfluss auf das atriale Aktionspotential haben könnten und die somit potentielle neue Ziel-­Gene für die Entwicklung neuer Antiarrhythmika darstellen könnten. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war die pharmakologische Untersuchung der Rolle des Schwellungs­aktivierten Chloridkanals I Cl,swell für das atriale Aktionspotential. In einer weiteren Studie wurde eine neue regulatorische Untereinheit des hKv4.3-­Kanals identifiziert sowie deren physiologische Bedeutung für die Aktivität des transienten Kalium-­Auswärtsstroms I to1 charakterisiert. Schließlich wurde ein neuer Kaliumkanal, TASK­-4, kloniert, der im humanen Herzen ausschließlich im Atrium vorkommt und deshalb einen Einfluss auf die Erregbarkeit des Herzvorhofs ausüben könnte. Unter mehreren Ethacrynsäure-­Derivaten konnte mit DCPIB ein neuer potenter Blocker des I Cl,swell identifiziert werden. Nachfolgende Patch-­Clamp­ und Zwei-­Mikroelektroden­ Spannungsklemmen­-Analysen verschiedener nativer und heterolog exprimierter Anionen­ und Kationenkanäle zeigten, dass DCPIB spezifisch den I Cl,swell Strom hemmt. Dies war eine Voraussetzung, um die Funktion des I Cl,swell beim atrialen Aktionspotential während osmotischer Zellschwellung zu untersuchen. Die Schwellung atrialer Kardiomyozyten führte zur Aktivierung des I Cl,swell und als Folge davon zu einer starken Verkürzung der Aktionspotentialdauer. Diese war durch DCPIB vollständig hemmbar. Unter basalen Bedingungen hatte DCPIB keinen Effekt auf das Aktionspotential. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Aktivierung des I Cl,swell unter pathologischen Bedingungen, die mit einer kardialen Zellschwellung einhergehen, eine ursächliche Rolle beim Auftreten von Arrhythmien spielen kann. Viele frühere Untersuchungen über die Rolle des I Cl,swell bei Arrhythmien erfolgten am Rattenherzen. Unter Verwendung von DCPIB konnten wir aber zeigen, dass die in atrialen und ventrikulären Myozyten von normalen und von hypertrophierten Rattenherzen beschriebenen Chloridströme nicht durch den I Cl,swell hervorgerufen werden. Das Fehlen des I Cl,swell im Rattenherzen stellt damit diese früheren Ergebnisse in Frage. Eine weitere Leitfähigkeit, die im menschlichen Herzen zur Repolarisation der kardialen Membranen während dem Aktionspotential beiträgt, ist der 'Plateau-­Strom" I Kp , der in seinen kinetischen Eigenschaften TWIK­ oder TASK­-artigen Kaliumkanälen ähnelt. Als erster Schritt bei der Identifizierung der molekularen Identität dieses Kaliumkanals wurde in dieser Arbeit mit TASK­-4 ein neues Mitglied der Säure­sensitiven Tandem­-von-­zwei­-Poren­-Kaliumkanälen kloniert. Die heterologe Expression des TASK­-4 in Xenopus­-Oozyten erzeugte Kaliumströme, die eine starke Auswärts-­Rektifizierung zeigten, die jedoch bei Erhöhung der extrazellulären Kaliumkonzentration verloren ging. Die TASK­-4-­Ströme waren abhängig vom extrazellulären pH-­Wert, wobei die pH­-Sensitivität im Vergleich zu den anderen TASK-­Kanälen zu mehr alkalischen Werten verschoben war. Außerdem zeigten die TASK­-4-­Ströme die für TASK-­ Kanäle typischen pharmakologischen Eigenschaften. Aufgrund des Vorkommens von TASK­-4 im Atrium und dem Atrioventrikular-­Knoten des menschlichen Herzens stellt dieser Kaliumkanal einen neuen potentiellen Angriffspunkt für die Entwicklung eines Vorhof­ spezifischen Antiarrhythmikums dar. Im Gegensatz zu dem I Kp ­Strom ist der Ca 2 ­unabhängige transiente Kalium-­Auswärtsstrom I to1 des Herzens für die initiale Phase der Repolarisation während des Aktionspotentials verantwortlich. In vielen Regionen des Herzens trägt die ­Untereinheit des hKv4.3­ Kaliumkanals zum I to1 ­Strom bei. In dieser Arbeit wurde mit hKChIP2 erstmals eine regulatorische Untereinheit des I to1 identifiziert. Northern­-Blot­-Analysen haben gezeigt, dass das hKChIP2­-Gen ausschließlich im humanen Herzen exprimiert ist, wobei es im Atrium und Ventrikel des adulten humanen Herzens, aber nicht im fötalen Herzen, vorkommt. Weiterhin konnten wir eine neue kurze Spleiß-­Variante des hKChIP2­-Gens (hKCNIP2) isolieren und durch PCR­-Analyse nachweisen, dass diese im menschlichen Herzen die Hauptform des hKChIP2 darstellt. Die Koexpression des hKv4.3 mit beiden hKChIP2­-Isoformen in Xenopus­ - Oozyten bewirkte eine Zunahme der Stromamplitude, eine Verschiebung der Spannung der halb­maximalen Inaktivierung und eine stark beschleunigte Erholung von der Inaktivierung der hKv4.3-­Kanäle, die in Anwesenheit von hKChIP2 deutlich mehr dem nativen I to1 ­Kanal des humanen Epikards ähnelten. Unsere Ergebnisse sprechen sehr stark dafür, dass hKChIP2 eine physiologisch wichtige regulatorische Untereinheit des hKv4.3 ist, die auch zur Heterogenität der I to1 ­Ströme im humanen Herzen beiträgt. Da der I to1 ­Kanal an der Entstehung und dem Fortschreiten verschiedener Herzkrankheiten wie den Arrhythmien und der Herzinsuffizienz beteiligt ist, stellt hKChIP2 ein neues Ziel­-Gen für die Entwicklung neuer zukünftiger Klasse­ III-­Antiarrhythmika dar. Die in Kooperation mit der Universität Istanbul durchgeführte Aufklärung der Exon­-Intron-­Organisation des hKCNIP2­-Gens liefert zudem die Grundlage für ein zukünftiges systematisches Screening nach Mutationen im hKChIP2­-Gen in Familien mit vererbbaren Arrhythmien.