Klinische Neurophysiologie 2002; 33(3): 137-143
DOI: 10.1055/s-2002-34834
Originalia
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Veränderte Ca2+-abhängige Inaktivierung von spannungsabhängigen Kalziumkanälen bei humaner Epilepsie

Altered Ca2+-dependent Inactivation of Voltage-Dependent Ca2+ Channels in Human EpilepsyH.  Beck1 , C.  Elger1 , I.  Mody2
  • 1Klinik für Epileptologie, Medizinische Einrichtungen der Universität Bonn
  • 2Department of Neurology and Physiology, University of California at Los Angeles School of Medicine, Los Angeles, California
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Publication Date:
17 October 2002 (online)

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Zusammenfassung

Spannungsabhängige Ca2+-Kanäle sind eine der Haupteintrittsrouten, durch die Ca2+ während Aktionspotenzialen in neuronale Zellen eintreten kann und koppeln hierdurch Ca2+-Einstrom an neuronale Aktivität. Neurone können die Menge des Ca2+-Einstromes durch Expression eines großen Repertoires von Ca2+-Kanälen mit unterschiedlichen biophysikalischen Eigenschaften regulieren. Zusätzlich wird der Ca2+-Eintritt durch Ca2+-abhängige Inaktivierung von Ca2+-Kanälen begrenzt. Experimente in Epilepsietiermodellen sowie in reseziertem Hirngewebe von Epilepsiepatienten legen bisher nahe, dass in hippokampalen Körnerzellen die Dichte von Ca2+-Kanälen erhöht ist. Zusätzlich wurde eine zweite funktionell wichtige Veränderung identifiziert. Das Ca2+-bindende Protein Calbindin-D28k ist in Körnerzellen von Patienten mit läsionsassoziierter Epilepsie in normalen Mengen enthalten, während es bei Ammonshornsklerose nahezu völlig verloren geht. Der Verlust von Calbindin-D28k führt zu einer stark vermehrten Ca2+-abhängigen Inaktivierung spannungsabhängiger Ca2+-Kanäle. Die intrazelluläre Applikation von aufgereinigtem Calbindin-D28k verminderte Ca2+-abhängige Inaktivierung in diesen Zellen bis zu Werten, die von Patienten mit läsionsassoziierter Epilepsie und normalem Calbindin-D28k-Gehalt nicht unterscheidbar waren. Diese Experimente führen zu der ungewöhnlichen Hypothese, dass der Verlust von Calbindin-D28k den Ca2+-Einstrom in Neurone während längerer Depolarisationen durch erhöhte Ca2+-abhängige Inaktivierung vermindert. Dieser Mechanismus könnte neuroprotektiv sein und zum Überleben von Körnerzellen bei chronischer Epilepsie beitragen. Zusätzlich erlauben Messungen an humanen nativen Zellen grundsätzliche Aussagen über die biophysikalischen Eigenschaften und Modulation humaner Ionenleitfähigkeiten in situ.

Abstract

Voltage-dependent Ca2+ channels are one of the main routes of Ca2+ entry into neurons during action potentials, thus coupling neuronal activity to Ca2+ influx. For fine-tuning the Ca2+ entry through voltage-dependent Ca2+ channels, neurons can rely on a large repertoire of Ca2+ channel subunits and splice variants from which channels with different biophysical properties may be assembled. Furthermore, Ca2+ entry is limited by Ca2+-dependent inactivation of Ca2+ channels. So far, the data from epilepsy patients and experimental models of epilepsy suggest that, in hippocampal granule cells, Ca2+ current density is augmented. The underlying mechanisms for this change are not clear. As a second important functional change, the Ca2+-binding protein Calbindin-D28k is lost from dentate granule cells in epilepsy patients with hippocampal sclerosis. In contrast, patients with lesionassociated epilepsy retained normal Calbindin-D28k levels. A loss of Calbindin-D28k was accompanied by a markedly augmented Ca2+-dependent inactivation of voltage-dependent Ca2+ channels. Introducing purified Calbindin-D28k into granule cells restored Ca2+-dependent inactivation to levels observed in cells with normal Calbindin-D28k content obtained from patients with lesion-associated epilepsy. Thus, by limiting Ca2+ influx through an enhanced Ca2+-dependent inactivation of voltage-dependent Ca2+ channels during prolonged neuronal discharges, the loss of Calbindin-D28k may constitute a neuroprotective mechanism contributing to survival of dentate granule cells. In addition to such information relevant to the pathophysiology of epilepsy, recordings on human neurons allow to obtain information about the biophysical properties and modulation of human ion channels in native neurons.

Literatur

Dr. med. Heinz Beck

Klinik für Epileptologie · Medizinische Einrichtungen der Universität Bonn

Sigmund-Freud-Straße 25

53105 Bonn

Email: heinz.beck@ukb.uni-bonn.de