Pharmacological modification of sodium channel Nav1.9 activity

Steup, Stefanie Nicole; Spehr, Marc (Thesis advisor); Lampert, Angelika (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022, 2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Spannungsgesteuerte Natriumkanäle (Navs) erzeugen den Natriumstrom, der für den schnellen Anstieg des Aktionspotenzials verantwortlich ist. Sie sind daher ein sehr wichtiger Bestandteil des Nervensystems. Der spannungsabhängige Natriumkanal 1.9 (Nav1.9) spielt eine wichtige Rolle bei chronischen Schmerzen. Gain-of-Function Mutationen von Nav1.9 werden sowohl mit chronischen Schmerzstörungen als auch mit angeborener Schmerzunempfindlichkeit in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu führt der Verlust von Nav1.9 in Nagetiermodellen nicht zu einem offensichtlichen Phänotyp. Die Untersuchung der Funktion von Nav1.9 ist jedoch schwierig: Nav1.9 lässt sich nur schwer heterolog exprimieren und es gibt keine bekannten, selektiven Nav1.9-Modulatoren. Kürzlich führte die Entwicklung einer Nav1.9/Nav1.4-Chimäre (Nav1.9_C4) zu Fortschritten in Bezug auf das erste Problem, da dieses Konstrukt eine erhöhte Expression zeigt. Die Chimäre ist eine Kreuzung des menschlichen Nav1.9 mit dem C-Terminus des Ratten-Nav1.4. In dieser Arbeit befasse ich mich mit dem zweiten Problem, dem Fehlen von Nav1.9-Modulatoren - genauer gesagt von Nav1.9-Aktivatoren. Ich untersuche die Wirkung von drei bekannten Nav-Aktivatoren auf Nav1.9_C4, heterolog in ND7/23-Zellen exprimiert, mit Hilfe der Ganzzellen-Patch-Clamp-Elektrophysiologie: die β-Skorpion-Toxine Ts1 und Tf2 und das Insektizid Deltamethrin, ein Pyrethroid vom Typ II. β-Skorpion-Toxine aktivieren Navs, indem sie die Spannungsabhängigkeit der Nav-Aktivierung hyperpolarisieren, obwohl einige auch die Stromdichte reduzieren. Deltamethrin verlängert die Öffnung der Navs durch Verlangsamung der schnellen Inaktivierungs- und Deaktivierungskinetik. Pyrethroide sind für den Menschen angeblich unbedenklich, wurden jedoch auch mit dem Golfkriegssyndrom in Verbindung gebracht, einem neuropathischen Schmerzzustand, der sich nach Exposition gegenüber bestimmten Chemikalien entwickeln kann. Da Deltamethrin ein allgemeiner Nav-Aktivator ist und Nav1.7, Nav1.8 und Nav1.9 alle mit chronischen Schmerzzuständen in Verbindung gebracht werden, habe ich zusätzlich die Auswirkungen von Deltamethrin auf Nav1.7 und Nav1.8 im Vergleich zu Nav1.9_C4 untersucht. Ich fand heraus, dass alle drei Aktivatoren auf Nav1.9_C4 wirken. Sowohl Ts1 als auch Tf2 verursachen eine kleine hyperpolarisierende Verschiebung der Aktivierung, aber die schnelle Inaktivierung und Deaktivierung bleiben unverändert. Ts1 reduziert zusätzlich die Stromdichte der untersuchten Kanäle. Die Anwendung von Deltamethrin führte zu erhöhten persistenten und Tail-Strömen in Nav1.7, Nav1.8 und Nav1.9_C4. Überraschenderweise induzierte Deltamethrin eine verstärkte langsame Inaktivierung in allen drei Nav-Subtypen. Dies steht im Gegensatz zu der durch Pyrethroide verursachten verlängerten Öffnung und wurde bisher weder für Deltamethrin noch für andere Pyrethroide beschrieben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle drei Aktivatoren auf Nav1.9_C4 wirken, aber auch auf andere Nav-Subtypen und mit ähnlichen Empfindlichkeiten. Meine Ergebnisse unterstützen einen neuartigen Mechanismus, bei dem Deltamethrin die langsame Inaktivierung von spannungsabhängigen Natriumkanälen verstärkt, was je nach zellulärem Ruhemembranpotenzial die neuronale Erregbarkeit verringern und den gut beschriebenen Pyrethroid-Effekten auf die Kanalaktivierung entgegenwirken kann.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Chemosensorik [163310]