Herz und Hirn nutzen denselben Taktgeber

Schrittmacher für Herz und Hirn: Das Protein VAPB gibt sowohl den Takt des Herzens vor als auch den Rhythmus, in dem Nervenzellen feuern. Das beschreibt eine europäische Forschungsgruppe unter Marburger Leitung.

Nicht nur das Herz schlägt in einem gleichbleibenden Rhythmus, auch in Hirn und Nervensystem finden sich regelmäßig feuernde Nervenzellen. „Nur wenn wir die zugrunde liegenden Mechanismen genau kennen, lassen sich die physiologischen Ursachen von Krankheiten wie Herzrhythmusstörungen und Epilepsie erklären und wirkungsvoll behandeln“, sagte der Physiologe Prof. Niels Decher von der Philipps-Universität, der die Studie geleitet hat.

Viele unserer Körperfunktionen beruhen auf elektrischen Signalen und deren Weiterleitung, etwa die Nerventätigkeit oder der Herzschlag. Die elektrischen Signale kommen dadurch zustande, dass Ionen innerhalb der Zelle anders verteilt sind als außerhalb und so eine elektrische Spannung entsteht. Für die ungleiche Verteilung sorgen Kanäle in der Zellmembran.

Zu den Kanälen, die die resultierende elektrische Spannung ausnutzen, gehören auch sogenannte HCN-Kationenkanäle, die sich hauptsächlich in Herz und Nervensystem finden. Wenn sie durch Spannung aktiviert werden, wird die Zellmembran für positiv geladene Teilchen durchlässig. Der durch sie erzeugte elektrische Strom wirkt als Schrittmacher an der Kontrolle des Herzrhythmus mit und fördert die rhythmische Aktivität in Nervenzellen.

„Wie diese Kanäle im Gewebe vorliegen, ist wenig verstanden“, erläuterte Dechers Mitarbeiterin Nicole Silbernagel, die Erstautorin der Studie. Zum Beispiel war bislang nicht bekannt, wie die Kanalproteine mit sogenannten Modulatoren zusammenwirken, die deren Aktivität verstärken oder abschwächen. Decher und sein Team untersuchten nun den Modulator VAPB – ein Protein, dessen Funktionsausfall zur ALS-Erkrankung führt.

„Ursprünglich wurde VAPB als Protein beschrieben, das an der chemischen Signalübertragung im Nervensystem beteiligt ist“, legte Decher dar. Die Wissenschaftler erforschten VAPB, indem sie das Molekül in Zellen einschleusten oder daraus entfernten und studierten, welche Effekte sich daraus ergeben.

Das Ergebnis: Liegt VAPB in einer Zelle vor, so verstärkt sich der Strom, der durch HCN-Ionenkanäle fließt. Fehlt VAPB, so kommt es zu verlangsamtem Herzschlag – vermutlich, weil die Schrittmacher-Kanäle nicht mehr moduliert werden können. „Wir konnten zeigen, dass VAPB eine essenzielle Komponente neuronaler und kardialer Schrittmacher ist“, schreiben die Autorinnen und Autoren. „Unsere Befunde sind für das Verständnis von Herzrhythmusstörungen und Epilepsie von Belang; sie offenbaren eine unerwartete Verbindung zwischen Herz- und Hirnrhythmusstörungen.“

Originalpublikation:
Silbernagel N & al.: The VAMP-associated protein VAPB is required for neuronal and cardiac peacemaker channel function. FASEB, 7. Juni 2018