Molekularer Mechanismus einer vererbten Form inkompletter Achromatopsie

Dimitri Tränkner*, Herbert Jägle# , Reinhard Seifert*, Lindsay T. Sharpe#, U.Benjamin Kaupp*

* FZ-Jülich, Institut für Biologische Informationsverarbeitung, Germany and
# Universitäts-Augenklinik Tübingen

Einleitung: Bei zwei Geschwistern mit autosomal rezessiv vererbter Achromat-opsie wurden zwei Punktmutationen im Gen der a-Untereinheit des cGMP-ge-steuerten Ionenkanals in Sehzapfen identifiziert. Die zwei mutierten Gene liegen auf verschiedenen Allelen und kodieren für a-Untereinheiten mit jeweils einem Aminosäureaustausch. Ein Aminosäureaustausch liegt intrazellulär zwischen zwei Transmembransegmenten, der andere in der Porenregion. Die Sehzapfen der Ge-schwister sind funktionstüchtig, zeigen aber geringere Kontrastsensitivität, eine höhere Reizschwelle und veränderte Lichtadaptation. Nach in-vitro-Analyse der Kanalmutanten ließen sich Zusammenhänge zwischen den veränderten Kanal-eigenschaften und dem klinischen Phänotyp der Geschwister erkennen.
Methoden: Wildtyp und mutierte a-Untereinheiten sowie die b-Untereinheit des Ionenkanals wurden heterolog in HEK293-Zellen exprimiert. Die Ligandenempfind-lichkeit der exprimierten Kanäle wurde mittels patch-clamp Technik in der inside-out Konfiguration untersucht. Die Messung makroskopischer Ströme erfolgte unter symmetrischen Ionenbedingungen (in mM): 100 KCl, 10 HEPES, 10 EGTA, 24.5 KOH bei pH 7.4. Die Einzelkanalleitwerte wurden durch die Analyse von Ampli-tudenhistogrammen von Einzelkanalströmen bestimmt. Der Block der Kanäle durch extrazelluläres Ca2+ wurde in der outside-out Konfiguration gemessen. Pipetten- und Badlösung enthielten (in mM): 105 KCl, 45 KOH, 10 HEPES, 10 NTA bei pH 7.4 (HCl). Die freie Ca2+-Konzentration wurde durch Zugabe von CaCl2 eingestellt und potentiometrisch überprüft.
Ergebnisse: Durch heterologe Expression der mutanten a-Untereinheiten in HEK293-Zellen konnte gezeigt werden, daß nur die Porenmutante funktionelle Kanäle bildet. Die Mutante zeigt größere Leitwerte für monovalente Ionen und eine geringere Affinität für extrazelluläres Ca2+. Bei physiologischen Membran-spannungen ist die Offenwahrscheinlichkeit deutlich geringer. Die Aktivierungs-kurve ist zu höheren cGMP-Konzentrationen verschoben.
Diskussion: Wir vermuten, daß die veränderten cGMP-gesteuerten Ionenkanäle in den Sehzapfen der betroffenen Geschwister einen geringeren Ca2+-Strom leiten. Ein niedriger Ca2+-Spiegel im Ruhezustand könnte einen "pseudolicht-adaptierten" Zustand der Sehzapfen herbeiführen, der durch eine geringere Licht-sensitivität ausgezeichnet ist. Wenn die Mutante auch in der Synapse der Sehzapfen exprimiert wird, hätten die veränderten Kanaleigenschaften zudem Aus-wirkungen auf die synaptische Transmission.

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