Einwärts gleichrichtender Kaliumkanal
Synonym: Einwärtsgleichgerichteter Kaliumkanal
Englisch: inward rectifier, inward-rectifier potassium channel
Definition
Einwärts gleichrichtende Kaliumkanäle, kurz Kir-Kanäle, sind Kaliumkanäle, die aus zwei Transmembrandomänen und einer P-Schleife bestehen. Insgesamt sind 7 Subfamilien bekannt, die den Einstrom von Kalium ermöglichen.
Einteilung
Die 7 Subfamilien des einwärts gleichrichtenden Kaliumkanals unterscheiden sich in ihrer Expression und Funktion:
- Kir1-Kanäle werden hauptsächlich in Nierenzellen exprimiert. Sie werden durch den pH-Wert und Proteinkinasen reguliert.
- Kir2-Kanäle kommen in neuronalen und nicht-neuronalen Zellen vor. Sie sind konstitutiv aktiv.
- Kir3-Kanäle werden durch G-Proteine, Alkohol und Natrium reguliert.
- Kir4- und Kir5-Kanäle sind pH-abhängig und kommen hauptsächlich in Astrozyten vor.
- Kir6-Kanäle sind mit dem Sulfonylharnstoff-Rezeptor (SUR) assoziiert und bilden mit ihm ATP-sensitive Kaliumkanäle.
- Kir7-Kanäle werden im retinalen Pigmentepithel exprimiert und durch intrazelluläre Metaboliten reguliert.
Aufbau
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 zytoplasmatische Domäne fort.
Meist liegen die Kir-Kanäle als Homotetramere der α-Untereinheit oder als Heterotetramere verwandter Unterfamilienmitglieder vor, sodass die β-Untereinheit nicht obligat ist. Eine Ausnahme bildet der Kir6-Kanal, der sich mit SUR zu einem oktameren Kanal verbindet (jeweils 4 UE Kir-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.
Funktion
Die Kir-Kanäle spielen eine Rolle bei der zellulären Erregbarkeit und der K+-Homöostase. Sie sind abhängig vom extrazellulären Membranpotential und der Kaliumkonzentration. Wird das Membranpotential depolarisiert, öffnen sich die Kanäle und lassen einen höheren Kaliumeinstrom als -ausstrom zu. Dadurch stabilisieren sie z.B. das Ruhepotential oder modulieren das Aktionspotential erregbarer Zellen.
Vorkommen
Die Kir-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.
Klinik
Punktmutationen in den Kir-Genen sind mit verschiedenen Krankheiten assoziiert. Veränderungen im Kir1-Kanal führen z.B. zum Bartter-Syndrom Typ 2. Loss-of-Function-Mutationen im Kir2.1-Gen verursachen das Andersen-Tawil-Syndrom, während funktionsfördernde Mutationen die Prädisposition für ventrikuläre Arrhythmien bedingen. Der Kir4.1-Kanal wurde mit Epilepsie und dem Pendred-Syndrom in Verbindung gebracht. Weitere assoziierte Erkrankungen sind z.B. Hyperinsulinismus, Diabetes und das Cantu-Syndrom.