Untersuchungen zur funktionellen Relevanz der NBFs in SURs und den molekularen Determinanten der allosterischen Interaktion zwischen den Bindungsstellen für SUs und KCOs

ATP-sensitive K+-Kanäle (KATP-Kanäle) sind Tetradimere aus einem porenbildenden Kalium-Kanal (KIR6.1, 6.2) und einem regulatorischen Sulfonylharnstoffrezeptor (SUR1, 2A, 2B). Sulfonylharnstoffe (SUs) und Kalium-Kanal-Öffner (KCOs, z.B. P1075) beeinflussen die Kanal-Aktivität durch Interaktion mit dem SUR, der mit zwei Nukleotid-bindenden Domänen (NBFs) zur Familie der ABC-Transporter gehört. Auf Basis der Röntgenstrukturanalyse eines eng verwandten Proteins (NBF des TAP1) wurden die Tertiärstrukturen der NBFs des SUR abgeleitet. Anhand der 3D-Modelle, die sich nahezu kongruent und zu TAP1 weitgehend identisch zeigten, ließen sich funktionelle Konsequenzen von Mutationen ableiten, die eine Störung der Insulinsekretion (SUR1) oder cardiovaskuläre Erkrankungen (SUR2) erklären würden. In den NBFs homolog eingeführte Mutationen führten zu qualitativ parallelen Auswirkungen, die durch die MgATP-abhängige [3H]P1075-Bindung in Radioligandbindungsstudien untersucht wurden. Quantitativ waren die Effekte in NBF1 meist stärker ausgeprägt, als Indiz dafür, dass sich eine Hemmung der hydrolytischen Aktivität in NBF1 stärker als in NBF2 auf die Funktion des SUR auswirkt. Die Bindungsstellen für SUs (SUBR) und KCOs sind strikt negativ-allosterisch gekoppelt. Um für die Interaktion beteiligte Regionen der SURs zu identifizieren, wurden systematisch Chimären konstruiert, somit kritische Regionen der SUR-Isoformen transferiert und der Einfluss der Austausche auf die allosterische Kopplung analysiert. Dabei zeigte sich, dass sowohl der C-Terminus des SUR als auch die SUBR kritische Bedeutung besitzt. Mögliche Erklärung für den molekularen Mechanismus ist eine direkte Interaktion dieser Regionen, wobei der SUBR eine Schlüsselfunktion zukommt.