Ryanodin-Rezeptor

Ryanodin-Rezeptoren sind nach dem Diterpenderivat Ryanodin aus Ryania speciosa (Salicaceae) benannt, das an diese Rezeptoren bindet und für den Menschen bereits in geringen Mengen giftig ist.

Der Ryanodin-Rezeptor existiert in drei Isoformen. RyR1 kommt in Skelettmuskelzellen vor, RyR2 befindet sich in Herzmuskelzellen und RyR3, ursprünglich im Gehirn entdeckt, mit höchster Expression im Diaphragma. Der Ryanodin-Rezeptor ist an der Muskelkontraktion in beiden Muskeltypen beteiligt, da er als ligandenabhängiger Calciumkanal fungiert, der Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum ins Zytosol schleust und damit den intrazellulären Calciumspiegel erhöht. Aktionspotenziale, die den Dihydropyridin-Rezeptor im T-Tubulus erreichen, bewirken eine Konformationsänderung des Ryanodin-Rezeptors, der daraufhin durchlässig für Calciumionen wird. Die erhöhte intrazelluläre Calciumkonzentration löst an den Sarkomeren die Kontraktion aus.

Im Skelettmuskel ist der Ryanodin-Rezeptor RyR1 in einem Teil der Triade aus einem T-Tubulus und zwei Zisternen des sarkoplasmatischen Retikulums eingeschaltet. Dort sitzt er in der Wand des sarkoplasmatischen Retikulums. Nachdem ein Aktionspotential über die Membran der Skelettmuskelzelle spannungsabhängige L-Typ-Calciumkanäle (Dihydropyridinrezeptoren) im T-Tubulus-System aktiviert, kommt es durch eine direkte Protein-Protein-Wechselwirkung zur Aktivierung des Ryanodin-Rezeptors. RyR1 wird mit RyR3 coexprimiert, allerdings - mit Ausnahme des Diaphragmas - in wesentlich höherem Maße. Dennoch hat das Expressionslevel von RyR3 ebenfalls großen Einfluss auf die Konzentration der freien Kalziumionen im Sarkoplasma.

Im Herzmuskel hat der Ryanodin-Rezeptor RyR2 eine ähnliche Funktion. Er befindet sich dort ebenfalls in der Wand des sarkoplasmatischen Retikulums, wo er eine wichtige Rolle bei der elektromechanischen Kopplung spielt. Er erhöht bei Aktivierung den intrazellulären Calciumspiegel der Herzmuskelzelle, was für eine Kontraktion essentiell ist. Anders als im Skelettmuskel ist der Ryanodin-Rezeptor nicht über direkte Protein-Protein-Wechselwirkung an den DHPR gekoppelt. Vielmehr werden während einer Depolarisation die L-Typ-Calciumkanäle (DHPR) in den T-Tubuli der Herzmuskelzelle geöffnet. Die durch diesen Kanal eingeschleusten Calciumionen binden intrazellulär an RyR2 des sarkoplasmatischen Retikulums, das daraufhin die Durchlässigkeit für Calciumionen erhöht und die intrazelluläre Calciumkonzentration steigert.

Der Funktion des Ryanodin-Rezeptors in glatten Muskelzellen ist ähnlich zu der Funktionsweise im Herzmuskel.

RyR2 ist in den Neuronen des Nucleus suprachiasmaticus an der Generierung des zirkadianen Rhythmik beteiligt, da er mit weiteren Ionenkanälen die elektrische Erregbarkeit der Nervenzellen verändert. Die Aktivität der Kanäle wird dabei u.a. durch das Gen PER moduliert, das in einem etwa 25-stündigen Rhythmus exprimiert wird.

Mutationen in den Genen der Ryanodin-Rezeptoren sind mit kongenitalen Myopathien assoziiert. So werden Mutationen des RyR3-Gens mit der rezessiv vererbten Nemalin-Myopathie in Zusammenhang gebracht. Auch Mutationen des RyR1-Gens sind an der Entstehung verschiedener Myopathien beteiligt, etwa der Multicore-Myopathie, der myotubulären Myopathie und der Myopathie mit kongenitaler Fasertypendisproportion.

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• Nilipour Y, Nafissi S, Tjust AE et al.: Ryanodine receptor type 3 (RYR3) as a novel gene associated with a myopathy with nemaline bodies. Eur J Neurol. 2018 Mar 2. doi: 10.1111/ene.13607.
• Perez CF, López JR, Allen PD: Expression levels of RyR1 and RyR3 control resting free Ca2+ in skeletal muscle. Am J Physiol Cell Physiol. 2005 Mar;288(3):C640-9.