GABA-Rezeptoren
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<strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
<strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
Transmitter Rezeptor Rezeptortyp Lokalisation Lokalisation<br />
Wirkung<br />
<strong>GABA</strong><br />
<strong>GABA</strong> A<br />
<strong>GABA</strong> C<br />
<strong>GABA</strong> B<br />
ionotrope <strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
<strong>GABA</strong> A + <strong>GABA</strong> C<br />
<strong>GABA</strong> A1<br />
<strong>GABA</strong> A2<br />
<strong>GABA</strong> A3<br />
<strong>GABA</strong> C1<br />
<strong>GABA</strong> C2<br />
<strong>GABA</strong> C3<br />
<strong>GABA</strong> B1<br />
<strong>GABA</strong> B2<br />
präsynaptisch<br />
postsynaptisch<br />
glial<br />
präsynaptisch<br />
postsynaptisch<br />
glial<br />
präsynaptisch<br />
postsynaptisch<br />
glial<br />
präsynaptisch<br />
postsynaptisch<br />
glial<br />
präsynaptisch<br />
postsynaptisch<br />
metabotrope <strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
<strong>GABA</strong> B<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Wirkung<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Ionotrope <strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
α1 β2 α1 β2 γ2<br />
3 β UE<br />
3 ρ UE<br />
6 α UE<br />
3 γ UE<br />
γ2<br />
α1<br />
β2<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05<br />
β2<br />
α1<br />
Cl<br />
<strong>GABA</strong>A-R ρ2<br />
ρ1<br />
ρ1 ρ3<br />
ρ2<br />
<strong>GABA</strong> C-R<br />
Cl -<br />
Cl -<br />
Cl -<br />
Cl -
LYS + ARG +<br />
<strong>GABA</strong>-R: Pore & Bindungsstelle<br />
+++<br />
+++<br />
+++<br />
•<strong>GABA</strong> A -und <strong>GABA</strong> C -R sind Anionenkanäle<br />
• sie sind Leitfähig für Cl - (Einstrom)<br />
• M2 bildet die Pore – Selektivitätsfilter<br />
• M2 trägt Ringe positiver Ladung (Lys + , Arg + )<br />
• i2 (M3-M4) kann phosphoryliert werden<br />
•am <strong>GABA</strong> A -R bindet die β-UE den Liganden<br />
•die α-UE trägt zur Bindung bei<br />
<strong>GABA</strong> A -Rezeptor<br />
• 2 <strong>GABA</strong> Moleküle gaten den Cl - -Kanal<br />
(kooperative Bindung)<br />
•der <strong>GABA</strong> A -R bindet weitere Substanzen<br />
• diese modulieren die Kanaleigenschaften<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Modulation des <strong>GABA</strong> A-R<br />
<strong>GABA</strong>A-R sind Ziele psychoaktiver Pharmaka / Drogen:<br />
• Benzodiazepine (Valium – Anxiolytikum, muskelrelaxierend)<br />
• Barbiturate (Pentobarbital – Schlaf- / Narkosemittel)<br />
• Anästhetika (Enfluran – Narkosegas)<br />
• Alkohol (γ 2L -UE + α6-UE, im Cerebellum)<br />
Substanzen binden allosterisch am Rezeptorkomplex<br />
Bindungsstellen sind meist räumlich voneinander getrennt<br />
in spezifischen UE<br />
Substanzen potenzieren den <strong>GABA</strong>-Strom<br />
(verstärken Hyperpolarisation – Hemmung)<br />
<strong>GABA</strong> A/C-R können phosphoryliert werden (i2 – M3-M4)<br />
(resultiert in einer Verringerung des Cl - -Stroms)<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
(Flu: Flunitrazepam)<br />
<strong>GABA</strong> A-R: Benzodiazepin-Bindung<br />
die α-UE des <strong>GABA</strong> A -R bindet Benzodiazepine<br />
eine γ-UE muss co-exprimiert sein<br />
BZD-Typ I BZD-Typ II BZD-insensitiv<br />
hohe Affinität geringe Affinität keine Bindung<br />
+<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Methode: Oozyten-Expressionssystem<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Cl -<br />
Cl -<br />
Potenzierung des <strong>GABA</strong>-Stroms I<br />
• Transfektion von Xenopus Oozyten mit cDNAs von α-, β-, γ-UE<br />
• Ableitung mit whole-cell patch-clamp Technik<br />
• Applikation von <strong>GABA</strong> alleine<br />
• Co-Applikation von <strong>GABA</strong> + Benzodiazepinen (DZP, FNZM)<br />
• Co-Applikation von <strong>GABA</strong> + Pentobarbital (PB)<br />
Cl -<br />
<strong>GABA</strong>-Antwort<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Potenzierung des <strong>GABA</strong>-Stroms II<br />
• Hippocampus Hirnschnittpräparat (slice)<br />
• Stimulation eines <strong>GABA</strong>-ergen Interneurons<br />
(präsynaptisch)<br />
•(a) Ableitung einer Pyramidenzelle (postsynaptisch)<br />
• Registrierung eines IPSPs (Control)<br />
• Applikation von DZP potenziert das IPSP<br />
•(b) gleiches Experiment mit PB – anderes Zell-Paar<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Metabotrope <strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong><br />
<strong>GABA</strong> B -<strong>Rezeptoren</strong> – Vorkommen im ZNS<br />
• sind in allen Hirnarealen exprimiert<br />
•<strong>GABA</strong> A -R vs. <strong>GABA</strong> B -R: 50% / 50%<br />
• Hirnstamm, Thalamus, Cerebellum,<br />
Rückenmark – 90% sind <strong>GABA</strong> B -R<br />
• prä-, post- und extra-synaptisch lokalisiert<br />
<strong>GABA</strong> B -<strong>Rezeptoren</strong>:<br />
• bekannt seit Anfang 80er Jahre<br />
• physiologisch + pharmakologisch charakterisiert<br />
• cloniert erstmals 1997<br />
• 2 Typen: <strong>GABA</strong> B -R1a-d + <strong>GABA</strong> B -R2a-c<br />
• R1 vs. R2 nur 35% Sequenzhomologie<br />
• R1a-d Isoformen: 70-80% Sequenzhomologie<br />
• gleiche Verteilung im ZNS – „co-verteilt“<br />
• in gleichen Zellen exprimiert<br />
• <strong>GABA</strong> B –R sind hetero-Dimere (R1-R2)<br />
• nur R1-R2-Heteros zeigen Eigenschaften eines<br />
nativen <strong>GABA</strong> B –R (Affinität zu <strong>GABA</strong>, Pharmakologie,<br />
Kopplung an sek.mess. Systeme)<br />
• Isoformen sind differentiell verteilt im ZNS<br />
(funktionelle Bedeutung ?)<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
<strong>GABA</strong> B-R: Effektor Systeme I<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
1<br />
<strong>GABA</strong> B-R: Effektor Systeme II<br />
Aktiv. <strong>GABA</strong> B -R Aktiv. Gi/Go Hemmung AC Reduktion cAMP-Level<br />
2 Aktiv. <strong>GABA</strong> B -R postsynaptisch Aktiv. Gi/Go Trennung in α-UE + βγ-UE<br />
βγ-UE bindet an K + -Kanal (GirK) gating: K + -Ausstrom Hyperpolarisation<br />
tetrameric<br />
channel<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
<strong>GABA</strong> B-R: Effektor Systeme III<br />
3 Aktiv. <strong>GABA</strong> B -R präsynaptisch Aktiv. Gi/Go Trennung in α-UE + βγ-UE<br />
βγ-UE bindet an spannungsgesteuerten Ca ++ -Kanal ändert Spannungsabhängigkeit<br />
kein gating – kein Ca ++ -Einstrom in Präsynapse kein Transmitter-Release<br />
βγ<br />
βγ<br />
βγ<br />
<strong>GABA</strong>erge<br />
Synapse<br />
βγ βγ<br />
βγ<br />
βγ<br />
βγ<br />
<strong>GABA</strong> B -R<br />
<strong>GABA</strong><br />
Autorezeptor<br />
vs.<br />
Heterorezeptor<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Zeitverläufe – <strong>GABA</strong> B-R vs. <strong>GABA</strong> A-R<br />
<strong>GABA</strong> B-R vermittelter IPSC:<br />
15 – 35 ms (latency)<br />
150 – 200 ms (peak)<br />
1000 ms (baseline)<br />
<strong>GABA</strong> A-R vermitteltes IPSP:<br />
3 ms (latency)<br />
15 – 25 ms (peak)<br />
50 – 75 ms (baseline)<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
<strong>GABA</strong> aktiviert <strong>GABA</strong> A-& <strong>GABA</strong> B-R<br />
Block Glu-R + Block <strong>GABA</strong> A-R + Block <strong>GABA</strong> B-R<br />
<strong>GABA</strong> B-vermittelt vermittelt<br />
Block Glu-R + Block <strong>GABA</strong> B-R Wash<br />
<strong>GABA</strong> A-vermittelt vermittelt<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
<strong>GABA</strong> B-R: Zusammenfassung<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
Rezeptor-<br />
Typen<br />
<strong>GABA</strong> A<br />
<strong>GABA</strong> C<br />
<strong>GABA</strong> B<br />
Untereinheiten<br />
α 1-6<br />
β 1-3<br />
γ 1-3<br />
δ, ε, φ<br />
<strong>GABA</strong>-<strong>Rezeptoren</strong> im Vergleich<br />
spezifische<br />
Agonisten<br />
<strong>GABA</strong><br />
EC 50 : 10-100µm<br />
Muscimol<br />
ρ 1-3 <strong>GABA</strong><br />
EC 50 : 1-4µm<br />
TACA<br />
7 TM-Rez.<br />
R1a-d, R2a-c<br />
(heterodimer)<br />
<strong>GABA</strong><br />
Baclofen<br />
kompetitive<br />
Antagonisten<br />
Bicucullin<br />
(Penizillin)<br />
3-APA<br />
3-APMPA<br />
Phaclofen<br />
Kanalblocker<br />
Picrotoxin<br />
(M2-Segment)<br />
Modulatoren<br />
(allosterische<br />
Agonisten)<br />
Benzodiazepine<br />
Barbiturate<br />
Steroide<br />
β-carboline<br />
(inverser Agonist<br />
an der BZD-site)<br />
Picrotoxin<br />
(M2-Segment) •<br />
CGP64213 • •<br />
Kanalphysiologie<br />
Cl - ↑<br />
30 pS<br />
30 ms offen<br />
Aktiv./Inaktiv.<br />
schnell<br />
Cl - ↑<br />
7 pS<br />
150 ms offen<br />
Aktiv./Inaktiv.<br />
langsam<br />
K + ↑<br />
Ca 2+ ↓<br />
G-Protein<br />
sec.mess.<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05<br />
•<br />
•<br />
Gi/Go<br />
AC ↓<br />
cAMP ↓
Und morgen …….<br />
Herbert – Grundlagen zelluläre & molekulare Neurobiologie – WS 04/05
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