Subtypspezifische Hemmung einzelner, humaner, rekombinanter T-Typ-Calcium-Kanäle durch das Inhalationsnarkotikum Distickstoffmonoxid (Lachgas) als Ansatzpunkt für ein neues analgetisches Wirkprinzip

Abstract

Es wurde untersucht, ob das Inhalationsnarkotikum Distickstoffmonoxid rekombinante, humane, spannungsabhängige CaV3.2 T-Typ Calcium-Kanäle subtypspezifisch auf Einzelkanalebene hemmt. Eine solche Interaktion wurde im Hinblick auf kinetisches Schaltverhalten und Eingrenzung einer möglichen Bindungsstruktur mit Hilfe rekombinanter Konstrukte aus den beiden Calcium-Kanal T-Subtypen CaV3.1 und CaV3.2 spezifiziert.<br /> Im stabilen Expressionssystem erhielt man bei Anwendung eines Haltepotentials von –90 mV und einem Testpotential von –20 mV aufgrund extrem hoher Expressionsdichte der Kanäle ganzzellartige Ströme. Die Ausgangsstromspitzenwerte von CaV3.1 wurden um ein Drittel, die von CaV3.2 um die Hälfte und die von CaV3.3 um ein Viertel durch die Begasung reduziert. Bei Anwendung eines inaktivierenden Haltepotentials von –50 mV erhielt man für CaV3.2 diskriminierbare Einzelkanalereignisse, die unter 100- und 80%-igem Lachgas signifikant in ihrer Verfügbarkeit und ihrer mittleren Offenwahrscheinlichkeit gehemmt wurden.<br /> Nach transienter Transfektion konnten auch bei Anwendung von –90 mV Haltpotential (Testpotential –20 mV) Einzelkanaluntersuchungen durchgeführt werden. Einzelne, rekombinante CaV3.2, aber entgegen den Erwartungen auch einzelne, rekombinante CaV3.1 wurden unter beiden Lachgas-Konzentrationen in ihrem langsamen Schaltverhalten deutlich gehemmt. Der Effekt war auf beide Subtypen ausgeprägter, wendete man ein inaktivierendes Haltepotential von –50 mV an. Bezüglich des schnellen Schaltverhaltens ergab sich ein differenzierteres Bild. CaV3.2 wurde in der Verweildauer und in der mittleren Offenwahrscheinlichkeit in einem stärkeren Ausmaß gehemmt als CaV3.1. Insofern bestätigte sich die geforderte Subtypspezifität.<br /> Zwei rekombinante Konstrukte aus CaV3.1 und CaV3.2 zur Bindungsstrukturanalyse wurden bei einem Pulsprotokoll von –90/-20 mV und unter Anwendung von 100 % Stickoxydul elektrophysiologisch vermessen. Die Effekte auf das Unterscheidungsmerkmal Verweildauer ergaben, dass Konstrukt I sich wie CaV3.1 und Konstrukt II wie CaV3.2 verhielten. Da Konstrukt II Domäne I und II von CaV3.2 enthielt, legte das den Schluss nahe, dass eine Bindungsstruktur von Lachgas an CaV3.2 innerhalb der Domänen I und II in Zukunft zu suchen ist.<br /> Das langsame Schaltverhalten sowohl von CaV3.2, aber auch von CaV3.1 wurde durch Lachgas verringert. Insofern kann für das langsame Schaltverhalten von einem Gruppeneffekt auf T-Typ-Calcium-Kanäle gesprochen werden. N2O zeigte hier Effekte eines inactivated-state-blockers. Hingegen reduzierte Lachgas rekombinante, humane, einzelne CaV3.2 subtypspezifisch in ihrem schnellen Schaltverhalten. Es verkürzte mittlere Offenzeit und Verweildauer, zeigte damit Eigenschaften eines open-channel-blockers. Distickstoffmonoxid ist das erste bekannte pharmakologische Werkzeug, das zwischen spannungsabhängigen T-Typ-Calcium-Kanälen zu unterscheiden vermag und dürfte damit für die (Schmerz-) Forschung der Zukunft Objekt zahlreicher, weiterführender Untersuchungen sein.