Stop og gå i kaliumkanalen

Celler har brug for åbninger i cellemembranen for at kunne foretage udvekslinger med deres omgivelser. Disse åbninger er lukbare portaler, hvori signalerne transporteres i form af ioner. Privatlektor Dr. Indra Schröder fra Institut for Membranbiofysik ved TU Darmstadt, som ledes af professor Gerhard Thiel, er interesseret i kaliumkanaler. Fysikeren og lederen af ​​juniorforskningsgruppen har sit helt eget syn på disse små molekylære maskiner. Hun er ikke så meget interesseret i de biologiske signaler, der udveksles via kanalerne, men i den biofysiske lukkemekanisme. Schröder vil gerne vide, hvordan den molekylære bolt ser ud, og hvordan den virker.

Til det formål, fysikeren arbejder med helt basale kaliumkanaler for ikke at gøre analysen unødigt kompliceret. Hun bruger to systemer med en lignende struktur, men forskellige åbningssandsynligheder. En kanal er næsten altid lukket, den anden næsten altid åben. Begge kanaler stammer fra algevirus, men ligner stærkt de højere organismers kaliumkanaler. Schröder arbejder i et cellefrit system, og passer kaliumkanalerne ind i kunstige overflader. "Vi koncentrerer os udelukkende om lukkemekanismen, og blande alle de andre funktioner af kaliumkanalerne, " siger Schröder. "Dette er legitimt, fordi kaliumkanalerne alle ligner hinanden. Vi arbejder grundlæggende på en prototype, hvad man kan kalde en model kaliumkanal."

Aminosyre serin på et kritisk punkt

Schröder og hendes ph.d.-studerende Oliver Rauh har muteret begge kaliumkanaler og skubbet enkelte dele af dem frem og tilbage som bønder. Dette gjorde det muligt for dem at fastslå, hvilke aminosyrer der er ansvarlige for den lave åbningssandsynlighed, og som for det høje. Kaliumkanalen med lav åbningssandsynlighed besidder aminosyren serin på et kritisk tidspunkt. Denne aminosyre interagerer med en fjern aminosyre, som tvinger kanalens pore til at bøje. Denne kurve folder en anden aminosyre ind i transportruten, der lukker tunnelen.

Med kaliumkanalen med høj åbningssandsynlighed, aminosyren serin blev erstattet af aminosyren glycin. Glycin tvinger ikke kanalens pore til at bøje, hvilket betyder at tunnelen heller ikke lukker. "Så lukkemekanismen for disse to virale kaliumkanaler består kun af to aminosyrer, " forklarer Schröder." En aminosyre lukker kanalen, den anden styrer processen. Molekylær-dynamiske simuleringer af vores samarbejdspartner Stefan Kast fra TU Dortmund har bekræftet dette. Vi havde forventet en langt mere kompliceret lukkemekanisme."

Lederen af ​​den yngre forskergruppe antager, at nogle humane kaliumkanaler besidder den samme bolt som de to virale kaliumkanaler, fordi de begge besidder de to kritiske aminosyrer. Schröders arbejde er også relevant for syntetisk biologi, fordi kaliumkanalerne og deres grundlæggende lukkemekanisme kan bruges til konstruktion af kunstige nanosensorer. noMagic-projektet, hvor Schröder er involveret, blev finansieret af Det Europæiske Forskningsråd (ERC), og manipulerer levende celler med kunstigt fremstillede kanaler.