Molekulare Komponenten von ICRAC in Zellen des Immunsystems
ICRAC(calcium release activated calcium current) vermittelte Calciumsignale nehmen in Zellen des Immun- systems eine zentrale Stellung ein. Dabei besitzt ICRACnicht nur Funktionen in ubiquitären Zellfunktionen wie z.B. Genexpression und Zelldifferenzierung, sondern auch zelltypabhängige, immunspezifische Aufgaben z.B. nach Antigenbindung (T- und B-Lymphozyten), im Chemokin-Rezeptor vermittelten Signalweg (dendritischen Zellen und Makrophagen) sowie nach Fc Rezeptor Aktivierung (Mastzellen, Neutrophile, Makrophagen und natürliche Killerzellen). Fast zwei Jahrzehnte war ICRACals Calciumsignal in Immunzellen bekannt, doch über die molekularen Komponenten gab es widersprüchliche Publikationen.
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| Bei der T-Zellaktivierung wird Calcium (rot) aus den intrazellulären Calciumspeichern freigesetzt. STIM (orange) aktiviert ORAI Ionenkanäle (gelb). Durch die erhöhte intrazelluläre Calciumkonzentration werden dort u.a. die Gene der Immunabwehr an eingeschaltet http://www.biotechnologie.de/BIO/Navigation/DE/Aktuelles/menschen,did=95672.html?listBlId=74616& |
In den letzen Jahren wurden die molekularen Komponenten von ICRACidentifiziert und charakterisiert (ICRAC Ionenkanäle, Sensorproteine STIM1 und STIM2). STIM1 (stromal interaction molecule 1) besitzt als Calciumsensor ein EF-Hand Motif im Lumen des ER. Nach der Speicherentleerung sammeln sich STIM1 Moleküle in eng lokalisierten Bereichen (auch ?punctae? genannt) unterhalb der Plasmamembran und aktivieren die ICRACKanäle. Das Protein, welches den ICRAC Kanal bildet (CRACM1 = ORAI1) wurde 2006 unabhängig von verschiedenen Gruppen identifiziert und Patienten, die eine Mutation auf dem ORAI codierenden Gen tragen leiden an einem SCID (severe combined immunodeficiency) Syndrom. Nur die gemeinsame Überexpression von STIM1 und ORAI1 führt zu einer massiven Erhöhung des CRAC Signals mit allen charakteristischen Kennzeichen von ICRAC .Mutationen in der mutmaßlichen Membranregion von ORAI1 (Glu106Asp, Glu190Gln oder Asp110/112Ala) führen zu einer Änderung der Ionenselektivität von ICRAC. Dies weist darauf hin, dass die ICRACKanalpore von ORAI1 Untereinheiten gebildet wird. Neben ORAI1 werden auch ORAI2 und ORAI3 in verschiedenen Geweben auf m-RNA Ebene mit unterschiedlichen Expressionsleveln exprimiert. ORAI, 2 und 3 multimerisieren miteinander, und lassen sich als homomere Kanäle eindeutig funktionell von einander abgrenzen, z.B. in ihrer Fähigkeit Calciumsignale zu generieren (Kinetik, Calciumfeedback-Inhibition). Auch das mit STIM1 verwandte STIM2 kann ORAI1-3 aktivieren, besitzt jedoch eine speicherabhängige und eine speicherunabhängige Funktion der ORAI Aktivierung, welche sich in ihrer Kinetik unterscheiden und wird durch Calmodulin reguliert
Wir wollen nun in Zellen des humanen Immunsystems (z.B. T-Zellen, Monozyten) eine Beteiligung der verschiedenen STIM/ORAI Kombinationen an Calciumsignalkaskaden in verschiedenen immunolgischen Prozessen untersuchen. Humane Immunzellen werden funktionell-elektrophysiologisch, molekularbiologisch und proteinbiochemisch hinsichtlich ihrer STIM/ORAI Zusammensetzung untersucht, um so die in vivo Funktion dieser Proteine zu identifizieren.