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Geheimnissen eines Nerven-Bausteins auf der Spur - Oldenburger Biologen erforschen Protein KCC2

15.07.2014 - (idw) Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

Das Protein KCC2 spielt im Körper eine wichtige Rolle: Wenn es nicht richtig funktioniert, führt das zu chronischen Schmerzen und Epilepsie und wenn es ganz ausfällt, können Neugeborene nicht atmen. Biologen der Universität Oldenburg haben nun neue Erkenntnisse zur Evolution dieses Proteins und seiner Familie sowie zu seiner genaueren Funktionsweise innerhalb des Nervensystems in zwei renommierten wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht. Konkret ist das Protein KCC2 die Abkürzung steht für Kalium-Chlorid-Kotransporter für die Reifung von Neuronen notwendig, und zwar für diejenige der inhibitorischen also hemmenden Neuronen. Im menschlichen Gehirn mit seinen Billionen von neuronalen Verschaltungen sind etwa ein Drittel aller Synapsen inhibitorisch. Die synaptische Inhibition ist essentiell, etwa um Kontraste sehen oder Schallquellen orten zu können. Damit eine inhibitorische Synapse reifen und ihre Arbeit aufnehmen kann, muss KCC2 vor allem Chlorid-Ionen aus der Zelle heraustransportieren.
Wie wiederum die Aktivität von KCC2 genau reguliert wird, nimmt die Arbeitsgruppe (AG) Neurogenetik an der Universität Oldenburg seit mehreren Jahren unter die Lupe. Ihre jüngste Erkenntnis, die das Journal of Biological Chemistry nun als Artikel der Woche publizierte: Wenn an zwei bestimmten Stellen innerhalb des Proteins an den Aminosäurestellen Serin 934 oder Threonin 937 Phosphate binden, steigert das die Transportaktivität von KCC2. Frühere Analysen hatten gezeigt, dass das Binden von Phosphaten an anderen Stellen das Protein bremste. Diese von den Biologen festgestellte Feinregulierung kann wichtig für den Reifungsprozess der Nervenzellen sein und wird künftig noch weiter untersucht.
Einen Blick zurück in die Familiengeschichte des Proteins KCC2 beschreibt ein weiterer Aufsatz der AG Systematik und Evolutionsbiologie, der in der renommierten Zeitschrift Molecular Biology and Evolution erschien. Demnach ist die Kationen-Chlorid-Kotransporter-Familie (CCC) schon frühzeitig, seit den sogenannten Archaeabakterien, evolviert. Besonders interessant dabei: Die Subfamilien KCC zu der auch KCC2 gehört sowie NKCC entstanden schon vor den ersten primitiven Nervensystemen bei Nesseltieren. Darauf aufbauend wollen die Forscher künftig herausfinden, ob die KCC-Proteine vielleicht sogar die Entwicklung des inhibitorischen Nervensystems erst mit ermöglicht und ob bereits in primitiven Nervensystemen bei Wirbellosen von Anfang an erregende und hemmende Synapsen für eine Balance der Aktivität gesorgt haben.

A novel regulatory locus of phosphorylation in the C-terminus of the potassium chloride cotransporter KCC2 that interferes with N-ethylmaleimide or staurosporine mediated activation by Maren Weber, Anna-Maria Hartmann, Timo Beyer, Anne Ripperger, Hans Gerd Nothwang, Journal of Biological Chemistry.

Evolution of the Cation Chloride Cotransporter Family: Ancient Origins, Gene Losses, and Subfunctionalization through Duplication by Anna-Maria Hartmann, David Tesch, Hans Gerd Nothwang, Olaf R.P. Bininda-Emonds, Molecular Biology and Evolution.

Kontakt: Dr. Anna-Maria Hartmann, Tel.: 0441/798-3966, E-Mail: anna.maria.hartmann@uni-oldenburg.de Weitere Informationen:http://www.uni-oldenburg.de/ibuhttp://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M114.567834http://mbe.oxfordjournals.org/content/early/2013/12/11/molbev.mst225.full
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