Christoph A. Karle
Dr. med.
Vergleichende elektrophysiologische Untersuchungen mit der Patch-Clamp-Technik zur
Frage der Umwandlung von Delayed-Rectifier-Kaliumkanälen in Adenosintriphosphat-
abhängige Kaliumkanäle in isolierten glatten Muskelzellen der Meerschweinchenportalvene
und in Ratteninsulinom-Kulturzellen
Geboren am 08.07.1967 in Schwäbisch Hall
Reifeprüfung am 26.05.1987 in Künzelsau
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom SS 1989 bis SS 1995
Physikum am 15.03.1991 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Houston, Texas, USA (Texas Heart Institute und Baylor College of Medicine)
sowie in Bad Mergentheim
Staatsexamen am 06.11.1995 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Physiologie
Doktorvater: Prof. Dr. med. V.A.W. Kreye
Der Wirkungsmechanismus von Kaliumkanalöffnern wie z.B. Levcromakalim in glatter
Gefäßmuskulatur wurde in der Literatur durch eine Umwandlung von Delayed-Rectifier-
Kaliumkanälen (Kv) in Adenosintriphosphat-abhängige Kaliumkanäle (KATP) erklärt. Dieses
Postulat erregte Aufsehen, weil die Gruppe der KATP eher zur Familie der Inward-Rectifier-
Kaliumkanäle (KIR) gezählt werden und sich Kv und KIR strukturmäßig in hohem Maß
unterscheiden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es vorallem, die Kv > KATP-Konversions-Hypothese anhand von
Einzelkanalstudien mit der Patch-Clamp-Elektrodentechnik zu überprüfen, weil hierdurch am
ehesten die eventuelle Umwandlung eines Kv in einen KATP sichtbar zu machen wäre. Zuvor
waren zur Unterscheidung beider Kanäle Einzelkanaleigenschaften von vaskulären Kv und KATP
zu untersuchen, da bisher solche Daten in einheitlicher Weise in der Weltliteratur nicht belegt
sind. Zu Kontrollzwecken wurden außerdem Experimente an RINm5F-Kulturzellen, einer an Kv
armen, aber an KATP reichen Ratteninsulinom-Zellinie durchgeführt.
Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
1.) Die Einzelkanalleitfähigkeiten von KATP und Kv in Gefäßmuskelzellen unterscheiden sich mit
23,18 pS und 6,52 pS (bei +20 mV; EK= -46 mV) sehr. Dadurch waren sie gut voneinander zu
unterscheiden.
2.) Durchschnittlich ließen sich Kv in einem von ca. 6, KATP aber nur in einem von ca. 47
Gefäßmembranflecken nachweisen. Die Dichte beider Kanäle war also sehr unterschiedlich.
3.) Die Offenwahrscheinlichkeit von Kv-Einzelkanälen in Gefäßmuskelzellen wurde zwar durch
10 µM Levcromakalim reduziert, eine Umwandlung in KATP-Einzelkanäle war jedoch nicht
automatisch zu beobachten.
4.) Obwohl in RINm5F-Zellen in calciumfreiem Medium keine Kv-Einzelkanäle zu beobachten
waren, wurden durch Levcromakalim KATP-Einzelkanäle geöffnet.
5.) Kv und KATP in Gefäßmuskelzellen unterscheiden sich bzgl. Betrag und Spannungs-
abhängigkeit von Offenwahrscheinlichkeit und mittlerer Dauer einer Einzelkanalöffnung.
Levcromakalim änderte weitere Parameter der Einzelkanalkinetik des Kv nur geringfügig.
6.) Der Levcromakalim-induzierte Rampenstrom in Gefäßen zeigte insgesamt keine
Gleichrichtung.
Wir folgerten aus den Ergebnissen, daß die Konversionshypothese nicht hinreichend ist zur
Erklärung einer Hemmung von Kv durch Levcromakalim, da diese Hemmung in glatter
Gefäßmuskulatur nicht automatisch zur Generierung von KATP führte. In Insulinom-Zellen wurden
hingegen KATP beobachtet, obwohl keine einzelnen Kv nachgewiesen worden waren. Eine
Kanalinterkonversion zwischen Kv und KATP ganz allgemein ist wegen der vollkommen
unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Kanäle sehr unwahrscheinlich, jedoch nicht völlig
ausgeschlossen.
