Untersuchungen zur diffusiblen Mobilität kalziumbindender Proteine in Dendriten von Nervenzellen

AuszugKalziumbindende Proteine (CaBP) bestimmen maßgeblich die Funktion von intrazellulärem Kalzium (Ca2+) als sekundärem Botenstoff. Funktionell lassen sich CaBP in Puffer und Sensoren einteilen. Puffer beeinflussen abhängig von ihrer Mobilität und ihren Ca2+–Bindungskinetiken den räumlichen und zeitlichen Verlauf von Ca2+–Signalen. Sensoren zeigen darüber hinaus besondere Konformationsänderungen bei Ca2+–Bindung und eine Ca2+–abhängige Modulation von Zielmolekülen. Eine Interaktion mit Bindungspartnern beeinflusst die freie Beweglichkeit der Sensoren. Kenntnisse über die intrazelluläre Mobilität eines Proteins ermöglichen damit einen Hinweis auf die Frage, ob ein Protein als Puffer oder Sensor für Ca2+ wirkt. Gleichfalls ist eine Aussage darüber möglich, ob das Protein als immobiler Puffer Ca2+–Signale lokal begrenzt, oder ob es als mobiler Puffer zu einer Verteilung des Ca2+ beiträgt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Mobilität des CaBP Calretinin (CR) in Dendriten von Körnerzellen des Kleinhirns mittels „Zwei-Photonen-Fluoreszenzerholung nach Photobleichen“ quantifiziert. CR ist ein CaBP aus der Calmodulin-Familie, zu der auch die CaBP Calbindin und Parvalbumin gehören. Während für Calbindin Hinweise vorliegen, dass es als Sensor fungiert, wurde eine solche Funktion für Parvalbumin nicht bestätigt. Die Funktion von CR ist bisher noch wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig die Mobilität von Makromolekülen in Dendriten von Körnerzellen quantifiziert und es zeigte sich, dass Diffusion in dieser Struktur nicht durch die Annahme freier Brownscher Molekularbewegung beschrieben werden kann, sondern dass die Moleküle anomaler Subdiffusion unterliegen. Es wurde ein Formalismus entwickelt, welcher diese Form der Diffusion in einer Dimension beschreibt. Mit Hilfe dieses Formalismus wurde die Diffusion von CR in seiner nativen Umgebung quantifiziert. Es zeigte sich, dass dessen Mobilität drastisch geringer war als die Mobilität biologisch inerter Moleküle ähnlichen Molekulargewichts. Diese Reduktion war während zellulärer Aktivität, d. h. während eines Anstiegs im intrazellulären Ca2+, erneut signifikant verstärkt. Diese Befunde deuten auf eine Sensorfunktion für CR hin.