Mecha­nismus kontrol­liert Schmerzempfinden

Wenn ein TRPM3-Kanal (links) und ein Gβγ-Protein (rechts) anein­ander koppeln, führt dies zur Linderung von Schmerzen. Abbildung: Johannes Oberwinkler

Mecha­nismus kontrol­liert Schmerzempfinden

Schmerz einfach ausknipsen wie mit einem Licht­schalter – mit diesem Vergleich beschreibt eine inter­na­tionale Forschungs­gruppe die Wechsel­wirkung von Proteinen, die an der Schmerz­emp­findung beteiligt sind. Das Team um den Marburger Schmerz­for­scher Professor Dr. Johannes Oberwinkler berichtet in der Wissen­schafts­zeit­schrift »PNAS« über seine Ergebnisse.

Schmerz­emp­find­liche Nerven­zellen nehmen Reize auf, die auf Gefahren für den Körper hinweisen, etwa Hitze oder schäd­liche Substanzen. »Ionen­kanäle vom TRPM3-Typ spielen eine wichtige Rolle für die Signal­de­tektion«, erklärt Johannes Oberwinkler vom Marburger Institut für Physio­logie und Patho­phy­sio­logie, der die Forschungs­arbeit leitete.

Stillt man Schmerzen durch Opium und opium-ähnliche Substanzen, so geschieht dies mittels so genannter Gβγ-Proteine – sie blockieren unter anderem die TRPM3-Kanäle der betei­ligten Nerven­zellen. »Wir haben im Detail unter­sucht, wie Gβγ-Proteine die TRPM3-Kanäle hemmen«, sagt Oberwinkler.

Das Team führte moleku­lar­ge­ne­tische Experi­mente durch und charak­te­ri­sierte die betei­ligten Moleküle mittels Röntgen­kris­tal­lo­graphie, um aufzu­klären, wie die Hemmung der Ionen­kanäle vor sich geht. Das Kanal­protein enthält demnach einen Abschnitt von zehn Amino­säuren, der als Koppe­lungs­stelle für Gβγ-Proteine dient; koppelt Gβγ an diesen Abschnitt, so dämpft dies die Aktivität des Ionen­kanals, was die Schmerz­emp­findung lindert.

In der Zelle kann das Kanal­protein indes in unter­schied­lichen Versionen vorliegen, mit oder ohne den fraglichen Abschnitt – das kommt ganz darauf an, an welchen Stellen das Kanal­protein geschnitten und wieder zusam­men­gefügt wird. Die Fachleute sprechen hier vom »alter­na­tiven Spleißen«. »Je nachdem, ob der fragliche Abschnitt in das Kanal­protein einge­schlossen wird oder nicht, lässt sich die hemmende Wirkung des Gβγ-Proteins an- und ausschalten«, führt Oberwinkler aus. Ließe sich die Wechsel­wirkung zwischen Gβγ und TRPM3-Kanälen künftig gezielt beein­flussen, indem man geeignete Medika­mente entwi­ckelt, so könnte dies die Behandlung von Schmerzen verbessern. »Ob das überhaupt geht, müssten aber langwierige und aufwändige Forschungs­ar­beiten erst noch erweisen«, betont der Hochschullehrer.

Professor Dr. Johannes Oberwinkler leitet die Arbeits­gruppe Molekulare Physio­logie am Fachbe­reich Medizin der Philipps-Univer­sität. Er gehört außerdem dem mittel­hes­si­schen Forschungs­zentrum CMBB an. Neben Oberwinkler und seinem Team sind weitere Forsche­rinnen und Forscher aus Belgien und den USA an der Veröf­fent­li­chung beteiligt. Die Deutsche Forschungs­ge­mein­schaft und zahlreiche weitere Förder­or­ga­ni­sa­tionen unter­stützten die betei­ligten Wissen­schaft­le­rinnen und Wissen­schaftler finanziell.

Origi­nal­ver­öf­fent­li­chung: Marc Behrendt, Fabian Gruss & al.:

The struc­tural basis for an on–off switch controlling Gβγ-mediated inhibition of TRPM3 channels, PNAS 2020, DOI: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2001177117

Textquelle: Johannes Scholten, Philipps-Univer­sität Marburg

Bildquelle: Wenn ein TRPM3-Kanal (links) und ein Gβγ-Protein (rechts) anein­ander koppeln, führt dies zur Linderung von Schmerzen. Abbildung: Johannes Oberwinkler