Modulation der elektrischen Erregbarkeit sensorischer Neurone durch Funktionsveränderungen von NaV1.9-Kanälen

Spannungsgesteuerte Natriumkanäle (NaV-Kanäle) sind entscheidend für die elektrische Signalgebung nozizeptiver Afferenzen (C-Fasern), denn sie initiieren Aktionspotentiale, mit deren Hilfe die Information in das zentrale Nervensystem übermittelt wird. Genetisch bedingte Funktionsveränderungen Nozizeptor-spezifischer NaV-Kanäle sind deshalb mit einem ganzen Spektrum von Schmerzerkrankungen assoziiert. Während beispielsweise Überfunktionen der NaV1.7- und NaV1.8-Kanäle neuropathische Schmerzsyndrome verursachen, bewirkt der Funktionsverlust von NaV1.7 eine kongenitale Analgesie. Die C-Faser-spezifischen NaV1.9-Kanäle scheinen jedoch eine Sonderstellung einzunehmen, denn Überfunktionen dieser Kanäle wurden paradoxerweise sowohl mit neuropathischen Schmerzzuständen als auch mit kongenitaler Analgesie assoziiert. Die Frage, wie hyperaktive NaV1.9-Kanäle die Schmerzschwelle in einem Fall absenken und in einem anderen Fall anheben können, wird kontrovers diskutiert und ist nach wie vor ungeklärt. Im Rahmen dieses Projektes sollen deshalb die zugrundeliegenden Mechanismen sowohl auf zellulärer Ebene als auch auf Ebene der Kanalproteine analysiert und quantitativ verstanden werden. Durch den kombinierten Einsatz molekularbiologischer und elektrophysiologischer Methoden werden nicht nur die Auswirkungen krankheitsrelevanter NaV1.9-Varianten auf die elektrische Signalgebung sensorischer Fasern bestimmt, sondern auch diejenigen Funktionsveränderungen der NaV1.9-Kanäle identifiziert, die mit kongenitaler Analgesie bzw. neuropathischen Schmerzzuständen einhergehen.

Spannungsgesteuerte Natriumkanäle (NaV-Kanäle) spielen eine tragende Rolle für die elektrische Signalgebung nozizeptiver Afferenzen, denn sie initiieren Aktionspotentiale, mit deren Hilfe die Information in das zentrale Nervensystem übermittelt wird. In nozizeptiven Neuronen sind vor allem drei NaV-Subtypen von Bedeutung: NaV1.7, NaV1.8 und NaV1.9. Im Menschen sind genetisch bedingte Funktionsveränderungen dieser Kanäle mit einem ganzen Spektrum von Schmerzerkrankungen assoziiert. Während beispielsweise Überfunktionen der NaV1.7- und NaV1.8-Kanäle neuropathische Schmerzsyndrome verursachen, bewirkt der Funktionsverlust von NaV1.7 eine kongenitale Analgesie. Die C-Faser-spezifischen NaV1.9-Kanäle scheinen jedoch eine Sonderstellung einzunehmen, denn Überfunktionen dieser Kanäle können paradoxerweise sowohl neuropathische Schmerzzustände als auch eine kongenitale Analgesie und ausgeprägte Darmfunktionsstörungen hervorrufen. Im Projekt wurde untersucht, welche Funktionsveränderungen pathogener NaV1.9-Varianten mit dem klinischen Bild der Schmerzinsuffizienz und welche mit neuropathischen Schmerzen korrelieren. Da die heterologe Expression von NaV1.9 in immortalisierten neuronalen Zellen notorisch schwierig ist, wurden im Projektverlauf NaV1.8/NaV1.9-defiziente Mäuse erzeugt und die sensorischen Neurone aus den dorsalen Hinterwurzelganglien der Tiere (DKO-DRG-Neurone), als Expressionssystem eingesetzt. Die Zellen erwiesen sich als ideales Tool für systematische Struktur-Funktionsanalysen humaner NaV1.9-Kanäle. Die quantitative elektrophysiologische Analyse bekannter und im Projektverlauf neu identifizierter pathogener NaV1.9-Varianten ergab, dass Schmerz-assoziierte Varianten entweder durch eine verstärkte Aktivierung oder eine defekte Inaktivierung charakterisiert sind, während die mit Schmerzinsuffizienz einhergehenden Varianten beide Funktionsveränderungen aufweisen. Die Daten sprechen dafür, dass wahrscheinlich eine Kombination aus verstärkter Aktivierung und defekter Inaktivierung der Kanäle die Grundlage der NaV1.9-abhängigen Analgesie darstellt. Um die Rolle pathogener NaV1.9-Varianten im enterischen Nervensystem untersuchen zu können, wurde zudem ein Verfahren zur Isolation von Neuronen aus dem myenterischen Plexus von Mäusen entwickelt, dass die transiente Expression und elektrophysiologische Analyse humaner Kanalvarianten in diesen Zellen ermöglicht. Zusammenfassend zeigt das Projekt die Bedeutung der NaV1.9-Kanäle für die humane Schmerzphysiologie und identifiziert diejenigen Funktionsveränderungen der Kanäle, die mit kongenitaler Analgesie bzw. neuropathischen Schmerzzuständen korrelieren.