Der Ryanodin-Rezeptor: Schleuse für Kalzium in Muskelzellen

Wissenschaftler entschlüsseln den dreidimensionalen Aufbaus des Kalziumkanals mit bislang unerreichter Genauigkeit

Wenn Muskeln sich zusammen ziehen, sind die sogenannten Ryanodin-Rezeptoren gefordert. Durch diese Ionenkanäle werden die Kalzium-Ionen aus Speicherorganen freigesetzt, die letztlich die Kontraktion der Muskelzellen auslösen. Defekte Ryanodin-Rezeptoren können beispielsweise zu Herzrhythmusstörungen oder plötzlichem Herzstillstand führen. Forscher vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund haben nun den dreidimensionalen Aufbau des Rezeptors analysiert. Die Forscher haben die Rezeptoren in winzige Nano-Membranen eingefügt, damit sie die Proteine in einem Milieu untersuchen können, die ihrer natürlichen Umgebung in der Zelle ähnelt.

Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie und einer neuen Detektionstechnik für Elektronen haben die Forscher den Aufbau des Rezeptors mit einer bisher unerreichten Genauigkeit sichtbar gemacht. Mit diesem Wissen könnten Wissenschaftler in Zukunft neue Wirkstoffe entwickeln, mit denen sich Schädigungen des Ryanodin-Rezeptors behandeln lassen.

Der Ryanodin-Rezeptor bildet einen Kanal, durch den Kalzium-Ionen in die Zelle fließen können. Die Animation zeigt, wie das Protein seine Struktur verändert, wenn Kalzium-Ionen an ihn binden: Durch eine komplexe Bewegung öffnet sich der Kanal. Vier im Zentrum liegende Proteinabschnitte bilden eine Art Türsteher-Region („ion gate“), die nur Kalzium-Ionen passieren lässt und andere zurückhält. Die sogenannte „EF-Hand“ ist der Sensor, mit dem das Protein Kalzium-Ionen erkennt. Dieser in verschiedenen Proteinen vorkommende Abschnitt aus elektrisch geladenen Aminosäuren ändert seine räumliche Struktur, wenn Kalzium an ihn bindet, und öffnet dadurch die Türsteher-Region.

HR