 |  | Johanna Hauser |
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05.10.2026 15:15 Uhr |
3D-Darstellung eines Ryanodin-Rezeptors (RyR1), eines zentralen Kalziumkanals der Muskelzelle. / © Getty Images/JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Um kontrahieren zu können, setzen die Muskelzellen Calciumionen über den Ryanodin-Rezeptor 1 (RyR1), einen ligandenabhängigen Calciumkanal, frei. Bekannt ist, dass dies im Rahmen des sogenannten »coupled gating« koordiniert geschieht. Doch wie bewerkstelligen die Rezeptoren dies mechanisch? Wie kommt die synchrone Öffnung zustande?
Lokalisiert ist RyR1 in der Membran des sarkoplasmatischen Retikulums (SR), wo der Kanal zu Tausenden vorkommt. Im Ruhezustand speichert das SR Calciumionen, die über RyR1 ins Zytosol freigesetzt werden, wenn der Muskel arbeitet.
Ein Team um Dr. Vasilii Mikirtumov von der Berliner Charité konnte mittels Kryo-Elektronenmikroskopie zeigen, dass die Kanäle miteinander verzahnt sind. Die Ergebnisse wurden aktuell in »Nature Communications« veröffentlicht.
Bisherige Forschung an isolierten Kanälen legte nahe, dass große Domänen der Rezeptoren eine Kippbewegung vollführen, wenn sie aktiviert werden. Die Wissenschaftler der Charité Berlin und des Max-Delbrück-Centers untersuchten die Rezeptoren nun jedoch in nativen Membranen, die aus Kaninchen isoliert wurden.
Dabei konnten sie zeigen, dass die Aktivierung vor allem über eine Rotation innerhalb der Membranebene zustande kommt. Zudem sind benachbarte RyR1-Kanäle über Kontaktstellen miteinander verbunden, sie greifen ähnlich einem Zahnrad ineinander. Beginnt sich ein Kanal zu öffnen, verändert dies die Kontaktfläche zum Nachbarkanal und erleichtert dessen Aktivierung. So fördern die rotationsbedingten Veränderungen an den Kontaktstellen zwischen den Kanälen die gemeinsame Aktivierung ganzer Kanalcluster.
Und noch etwas fiel den Forschenden auf: Nachdem sie Paare benachbarter Kanäle in verschiedenen Öffnungsstadien gebildet hatten, stellten sie fest, dass benachbarte Kanäle häufiger synchronisiert waren als Kanäle, die weiter voneinander entfernt lagen. Auch waren benachbarte geschlossene Kanäle stabiler als isoliert voneinander liegende Kanäle. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese des »coupled gating« und legen nach Ansicht der Forscher nahe, dass sich die Kanäle gegenseitig geschlossen halten, heißt es in einer Pressemeldung.
Die Ergebnisse könnten helfen zu verstehen, warum bestimmte RyR1-Mutationen zu Erkrankungen wie der malignen Hyperthermie oder angeborenen Muskelschwächen führen. Einige dieser Mutationen scheinen genau in den Bereichen zu liegen, an denen benachbarte Rezeptoren miteinander interagieren.
»Das mutierte Gen scheint nicht die Öffnung eines einzelnen Kanals zu beeinflussen, sondern vielmehr die Art und Weise, wie die Proteine mit ihren Nachbarn interagieren«, so Erstautor Mikirtumov.
Die Forschenden vermuten, dass die veränderten Kontaktflächen die Kanäle undicht machen. Somit könnten diese Schnittstellen ein potenzielles Ziel für Wirkstoffe sein, die die Kontaktflächen zwischen benachbarten Kanälen stabilisieren.
