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Molekulare Physiologie von Ionenkanälen: von der dreidimensionalen Struktur zur zellulären Funktion / FOR 450

Molecular Physiology of Ion Channels: Between Three-Dimensional Structure and Cellular Function

15.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Ionenkanäle spielen eine herausragende Rolle in einer Vielzahl zellulärer Prozesse Die Forschergruppe hat das Ziel, durch einen interdisziplinären Ansatz mit einer Kombination aus molekularbiologischen, zellbiologischen, strukturbiologischen und biophysikalischen Methoden verschiedene Aspekte der molekularen Physiologie von Ionenkanälen zu untersuchen. Wir konzentrieren uns dabei nicht auf einen einzelnen Typ von Ionenkanal, sondern auf eine umschriebene Auswahl von Kanälen, die in engem funktionellen und physiologischen Zusammenhang stehen. Damit soll eine spezifische Synergie erzeugt werden, da die Beschreibung von Unterschieden und Gemeinsamkeiten in den Eigenschaften verschiedener Ionenkanäle neue Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen erlaubt. Durch direkte Strukturuntersuchungen mittels NMR-Spektroskopie und Röntgenkristallographie soll die dreidimensionale Struktur von cGMP-gesteuerten Kanälen sowie der ß-Untereinheit spannungsgesteuerter Kalziumkanäle aufgeklärt werden. Mittels elektrophysiologischer und molekularbiologischer Techniken werden die molekularen Grundlagen der Ionenselektivität und Ionenpermeation von ClC-Chloridkanälen, der Anionenpore neuronaler Glutamattransporter sowie von TRP-Kalziumkanälen untersucht. Mittels neuartiger Techniken soll eine verbesserte pharmakologischen Untersuchung von Schrittmacherkanälen etabliert werden. Substanzen, die Kanäle öffnen oder blockieren können, erlauben Einblicke in ihre molekulare und zelluläre Funktion und könnten eine potentielle therapeutische Rolle in der Zukunft spielen. Außerdem werden wir in einem zellphysiologisch ausgerichteten Projekt die Funktion und die Aufgabe kalzium-aktivierter Chloridkanäle in somatosensorischen Neuronen untersuchen.

Ion channels are of major importance for a variety of cellular processes. We are using a combination of molecular biology, cell biology, structural biology and biophysics to investigate various aspects of the molcular physiology of this class of menbrane proteins. We are not focussing on a single type of ion channels, but on a number of transport proteins that are functionally and physiologically closely related. This approach is expected to help understanding basic principles of ion channels, as it allows to learn from differences as well as from similarities between distinct channels. We intend to solve the three-dimensional structure of the ß-subunit of voltage-gated calcium channels and the alpha-subunit of cGMP-gated cation channels by NMR spectroscopy and X-ray crystallography. Using a combination of molecular biology and cellular electrophysiology we are investigating the molecular basis of ion permeation and selectivity of ClC chloride channels, of the anion pore of EAAT glutamate transporters as well as of TRP calcium channels. Novel techniques will be developed to improve the pharmacology of HCN pacemaker channels. Pharmacological agents will help to study the molecular and cellular function of these channels, they may moreover serve therapeutic purposes in the future. Another project focuses on the function and the cellular role of calcium-activated chloride channels in somatosensoric neurons.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Christoph Fahlke
Institut für Physiologie der Medizinischen Fakultät der Technischen Hochschule Aachen
Pauwelsstraße 30 · 52057 Aachen
Tel.: (0241) 80-888 10 · Fax.: (0241) 80-82434
E-Mail: chfahlke@physiology.rwth-aachen.de

Further Information: www.dfg-for-450.ukaachen.de