Elektrophysiologische Charakterisierung von α-Synuclein-Oligomeren

Welche pathogenen Eigenschaften des α-Synuclein bei der Parkinson-Erkrankung zur Neurodegeneration führen, ist nicht vollständig verstanden. Es war beobachtet worden dass α-Synuclein Oligomere, die als Vorstufen von Levy-Neuriten und Levy-Körperchen angesehen werden können und beim Gesunden nicht vorkommen, Membranpermeabilität verursachen können (Volles et al 2001). Wie auch verschiedene Toxine, können diese Oligomere Poren in biologischen Membranen bilden und so möglicherweise zum Untergang der Zellen beitragen.

Wir haben die Vorgänge der Poreninsertion und der dadurch verursachten Membranpermeabilitätsänderung in vitro mit einer Lipid-Bilayerkammer untersucht. Die Fragen waren dabei, 1.) unter welchen Bedingungen zeigen sich Poreninsertionen? 2.) welche „Schalteigenschaften“ haben die Poren?

Wir verwendeten dazu einen elektrophysiologischen Messaufbau der Ionovation GmbH Osnabrück, in dem in einem Zweikammersystem mittels der sog. Painting-technique (Mueller et al 1962) ein Azolectin-Bilayer erzeugt wurde. In dessen Nähe wurde durch Puffer-Austausch α-Synuclein appliziert, das bei Raumtemperatur in Gegenwart von Eisen und organischem Lösungsmittel inkubiert wurde.

Die so entstandenen Oligomere (Kostka et al 2008) waren in Abhängigkeit von der Inkubationszeit bei Raumtemperatur und der α-Synuclein-Konzentration in der Lage, die intakten Lipidmembranen zu permeabilisieren. In diesen Messungen zeigten sich Leitwerte in der Größenordnung von 10–10 Siemens.

Wir fanden, dass der Leitwert dieser α-Synuclein-Poren nicht konstant ist, sondern bei konstanten Spannungen ein komplexes Schaltverhalten zeigt. Darüber hinaus ist eine Abhängigkeit vom verfügbaren Kation im verwendeten Puffersystem erkennbar. Konkret scheinen die Leitwerte für Na+-Ionen etwa 30% geringer als für K+-Ionen zu sein.

Mit diesem Versuchsaufbau kann gezeigt werden, dass porenbildende α-Synuclein Oligomere kausal in der Verursachung von Zelluntergang sein können. Gleichzeitig erlaubt unser Messaufbau die Charakterisierung neuer Wirkstoffe in Hinblick auf eine Inhibition dieses möglicherweise fundamentalen toxischen Wirkmechismus.