Ryanodin-Rezeptor

Der Ryanodin-Rezeptor, kurz RyR, ist ein mechanosensitiver Calciumkanal, der bei der Auslösung von Muskelkontraktionen für die elektromechanische Kopplung verantwortlich 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.

2.1. Skelettmuskel

Im Skelettmuskel ist der Ryanodin-Rezeptor RyR1 in einem Teil der Triade aus einem T-Tubulus und zwei Zisternen des sarkolasmatischen Retikulums eingeschaltet. Dort sitzt er in der Wand des sakroplasmatischen 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 Myoplasma.

2.2. Herzmuskel

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.

2.3. Glatte Muskulatur

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

Mutationen in den Genen der Ryanodin-Rezeptoren sind mit kongenitalen Myopathien assoziert. So werden Mutationen des RyR3-Gens mit der rezessiv vererbten Nemalin-Myopathie in Zusammenhang gebacht. 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.

• Santulli G, Marks AR. Essential Roles of Intracellular Calcium Release Channels in Muscle, Brain, Metabolism, and Aging. Curr Mol Pharmacol. 2015;8(2):206-22.
• 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.