Spannungsabhängiger Kaliumkanal

Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle bilden eine große, evolutionär hochkonservierte Familie. Beim Menschen sind 40 Gene bekannt, die für VGKC-Untereinheiten kodieren. Diese werden in 12 Unterfamilien (K_v1-12) eingeteilt. Funktionell unterscheidet man unter anderem:

• Delayed-Rectifier-Kanäle: zeigen keine oder keine schnelle Inaktivierung
• A-Typ-Kaliumkanäle: zeichnen sich durch eine schnelle Inaktivierung aus
• Outward-Rectifying-Kanäle
• Inwardly-Rectifying-Kanäle

Die folgende Tabelle gibt einen orientierenden Überblick über die Kanalfamilie:

K_v-Kanäle bestehen typischerweise aus vier α-Untereinheiten, die sich zu einem Tetramer zusammenlagern. Jede α-Untereinheit umfasst sechs Transmembransegmente (S1–S6):

• S1 bis S4 bilden den Spannungssensor
• S5 und S6 bilden die Porenschleife

Die Kanalöffnung und -schließung (Gating) erfolgt durch Konformationsänderungen, ausgelöst von der Bewegung geladener Aminosäuren im elektrischen Feld der Membran. Einige VGKCs können zusätzlich durch einen Liganden in der Porenregion moduliert werden.

Meistens bilden die α-Untereinheiten Homotetramere, seltener Heterotetramere mit anderen α-Untereinheiten der gleichen Unterfamilie. Darüber hinaus können sie sich auch mit β-Untereinheiten zusammenlagern, welche die Funktionalität und die Lokalisation des Kanals beeinflussen.

VGKCs öffnen sich bei Membrandepolarisation und ermöglichen den Ausstrom von K⁺-Ionen. Dies führt zur Repolarisation, beendet das Aktionspotenzial und bereit die Zelle auf eine nachfolgende Erregung vor. VGKCs spielen auch eine wichtige Rolle bei der Modulation des Aktionspotenzials. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Kanäle z.B. in dem benötigten Membranpotenzial, das für die Aktivierung notwendig ist. K_v1-, -4- und -7-Kanäle sind in der Lage, die Schwelle für die Erzeugung sowie die Anzahl von Aktionspotenzialen zu modulieren, da für ihre Aktivierung eine geringe Membrandepolarisation notwendig ist. Im Gegensatz dazu wird für die Aktivierung von K_v2- und -3-Kanälen eine stärkere Depolarisation benötigt, wodurch die Kanäle die Dauer eines Aktionspotenzials beeinflussen können.^[1]

Darüber hinaus sind VGKCs an zellulären Prozessen wie Zellzyklus, Proliferation und Apoptose beteiligt.^[2] Sie spielen auch eine Rolle bei der Steuerung des Zellwachstums und der Differenzierung.^[3]

Mutationen oder Fehlfunktionen der VGKCs werden mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter z.B. Arrhythmien, Epilepsie, verschiedene neurodegenerative Erkrankungen und neuropathische Schmerzen. Darüber hinaus sind veränderte Expressionsmuster der VGKCs in verschiedenen Tumoren nachweisbar.

Zudem werden VGKCs mit Giftpeptiden, Antikörpern und kleinen Molekülen pharmakologisch adressiert. Dazu gehören z.B. verschiedene Kaliumkanalblocker und -öffner.