Einfluss von Stickoxid (NO) auf Ionenkanäle in der inneren Mitochondrienmembran - Physiologie und neurologische Pathomechanismen (Partnerprojekt 5)

Mitochondrien spielen eine Rolle bei neuropathologischen Prozessen wie Neurodegeneration (M. Alzheimer, M. Parkinson u. a.), Schlaganfall und mit diesen verbundenem programmierten Zelltod. An den mitochondrialen Mechanismen sind Ionenkanäle beteiligt, insbesondere ein K(ATP)-Kanal und die Permeability Transition Pore, ein Proteinkomplex in der inneren und äußeren Membran über dessen Pharmakologie vieles bekannt ist, dessen Struktur und Funktion aber noch Rätsel aufgibt. Manche der pro- und antiapoptotischen Effekte könnten unter Beteiligung dieser Kanäle eine Erklärung finden. Es gibt Hinweise für eine Funktion von Stickstoffmonoxid (NO) bei den zur Apoptose führenden Prozessen, doch sind sie teilweise widersprüchlich. Detaillierte Untersuchungen fehlten. Hinsichtlich des Effektes von NO auf die intrazelluläre Kalziumkonzentration und der modulierenden Wirkung der Mitochondrien auf diesen NO-Effekt existierten ebenfalls widersprüchliche Berichte.

Nitric oxide (NO) is known as a biomolecule with a large variety of functions. The effect of NO on the pro-apoptotic activity of mitochondrial channels is largely unknown. During apoptosis, the observed loss of mitochondrial membrane potential is supposed to be mediated by the phenomenon known as the mitochondrial permeability transition (MPT). We hypothesize that NO exposure blocks mitochondrial potassium channels, which subsequently suppress their inhibitory effect on the MPT pore. This mechanism will be investigated using the patch-clamp technique on the inner mitochondrial membrane as well as by confocal imaging of live neuronal cell cultures loaded with calcium sensitive fluorochromes. Aim is to techniques will elucidate various aspects of the NO-mediated mechanism by 1) controlled NO application in the presence of different substrates for mitochondrial respiration, 2) use of Ca 2+ - free media, 3) use of mitochondria with translocated nNOS and 4) comparison with mitochondria from nNOS knock-out mice. These goal will be achieved by combining the specific knowledge on the above mentioned techniques from both contributing laboratories. By mimicking pathological conditions of neurodegenerative diseases, such as oxidative/nitrosative stress, we will show if the investigated mitochondrial elements contribute to the origin of these diseases. Comparisons of sensitivity towards oxidative/nitrosative stress between mitochondria from patients diagnosed with a neurodegenerative disease and healthy individuals are also planned. Cell cultures of Parkinson patients are already available for this study. Our aim is to verify to what extent neurological pathologies, assumed to be caused by NO-mediated mitochondrial deficits, can be explained by data obtained from animal models on the basis of the above mentioned techniques.