Einwärts gleichrichtender Kaliumkanal

Die 7 Subfamilien des einwärts gleichrichtenden Kaliumkanals unterscheiden sich in ihrer Expression und Funktion:

• K_ir1-Kanäle werden hauptsächlich in Nierenzellen exprimiert. Sie werden durch den pH-Wert und Proteinkinasen reguliert.
• K_ir2-Kanäle kommen in neuronalen und nicht-neuronalen Zellen vor. Sie sind konstitutiv aktiv.
• K_ir3-Kanäle werden durch G-Proteine, Alkohol und Natrium reguliert.
• K_ir4- und K_ir5-Kanäle sind pH-abhängig und kommen hauptsächlich in Astrozyten vor.
• K_ir6-Kanäle sind mit dem Sulfonylharnstoff-Rezeptor (SUR) assoziiert und bilden mit ihm ATP-sensitive Kaliumkanäle.
• K_ir7-Kanäle werden im retinalen Pigmentepithel exprimiert und durch intrazelluläre Metaboliten reguliert.

Kir-Kanäle unterscheiden sich strukturell von den spannungsabhängigen Kaliumkanälen. Sie besitzen zwei Transmembrandomänen, eine P-Schleife, die den Ionenselektivitätsfilter bildet sowie einen intrazellulären N- und einen C-Terminus. Die Pore setzt sich über den Transmembranbereich in die zytosolische Domäne fort.

Meist liegen die K_ir-Kanäle als Homotetramere der α-Untereinheit oder als Heterotetramere verwandter Unterfamilienmitglieder vor, sodass die β-Untereinheit nicht obligat ist. Eine Ausnahme bildet der K_ir6-Kanal, der sich mit SUR zu einem oktameren Kanal verbindet (jeweils 4 UE K_ir-Kanal und 4 UE SUR). PIP2 fungiert als Kofaktor und ist in hoher Konzentration in der Plasmamembran vorhanden. Liegt ein Mangel an PIP2 vor, führt dies zu einer verringerten Aktivität des Kaliumkanals.

Die K_ir-Kanäle spielen eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials und der K⁺-Homöostase. Sie sind abhängig vom elektrochemischen Gradienten für K⁺. Wird das Membranpotential hyperpolarisiert, öffnen sich die Kanäle und lassen einen höheren Kaliumeinstrom als -ausstrom zu. Bei einer Depolarisation hingegen werden die K_ir-Kanäle auf der zytosolischen Seite durch Polyamine und Magnesiumionen (Mg²⁺) blockiert. Diese Blockade der Kanalpore verhindert den K⁺-Ausstrom und bildet den zentralen Mechanismus der Einwärtsgleichrichtung dieser Kanäle.

Die K_ir-Kanäle finden sich vor allem im Gehirn, im Herz, in den Nieren, im endokrinen System und in den Sinnesorganen. Die verschiedenen Subfamilien weisen dabei eine unterschiedliche Expression auf.

Punktmutationen in den K_ir-Genen sind mit verschiedenen Krankheiten assoziiert. Veränderungen im K_ir1-Kanal führen z.B. zum Bartter-Syndrom Typ 2. Loss-of-Function-Mutationen im K_ir2.1-Gen verursachen das Andersen-Tawil-Syndrom, während funktionsfördernde Mutationen die Prädisposition für ventrikuläre Arrhythmien bedingen. Der K_ir4.1-Kanal wurde mit Epilepsie und dem Pendred-Syndrom in Verbindung gebracht. Weitere assoziierte Erkrankungen sind z.B. Hyperinsulinismus, Diabetes und das Cantu-Syndrom.

• Schmidt und Lang. Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie. 30. Auflage. Springer Lehrbuch. 2007
• Hibano et al. Inwardly Rectifying Potassium Channels: Their Structure, Function, and Physiological Roles. Physiological Reviews. 90(1):291-366. 2010
• Hager et al. Inwardly Rectifying Potassium Channel Kir2.1 and its “Kir-ious” Regulation by Protein Trafficking and Roles in Development and Disease. Front. Cell Dev. Biol. 9. 2021