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= Kainate – Rezeptoren =
Allgemeine Worterklärung der Kainatrezeptoren: Kainatrezeptoren (Kainat = Kainsäure ist Agonist dieser Rezeptoren) gehören zu den Glutamatrezeptoren und können, auf Grund ihres Stroms, in drei Untergruppen eingeteilt werden. Diese Untergruppen sind, schnell desensibilisierender Strom, langsam desensibilisierender Strom und gar nicht desensibilisierender Strom.
'''~+Kainatrezeptoren +~'''
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Allgemeine Worterklärung der Kainatrezeptoren: Kainatrezeptoren (Kainat = [[http://de.wikipedia.org/wiki/Kainsäure|Kainsäure]] ist der [[http://de.wikipedia.org/wiki/Agonist_(Anatomie)|Agonist]] dieser Rezeptoren) gehören zu den [[http://de.wikipedia.org/wiki/Glutamatrezeptor|Glutamatrezeptoren]] und können, aufgrund ihres Ionenstroms in drei Untergruppen eingeteilt werden. Diese Untergruppen sind: schnell desensibilisierender Strom, langsam desensibilisierender Strom und gar nicht desensibilisierender Strom.(Fahlke et al, 2008)[[#A7|7]]
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== 1. Glutamatrezeptoren allgemein == <<TableOfContents>>
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Die Non NMDA inotrophe Rezeptoren reagieren auf den Neurotransmitter Glutamat (eine Aminosäure) und werden durch ihn aktiviert. Die Rezeptoren lösen postsynaptisch eine exzitatorische Neurotransmission aus und präsynaptisch eine Inhibierende. Allgemein betrachtet bezeichnet man Glutamat deshalb als exzitatiorischer Transmitter. == Glutamatrezeptoren allgemein ==
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Die Non- [[http://de.wikipedia.org/wiki/NMDA|NMDA]] [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ionotropie|inotrophen Rezeptoren]] reagieren auf den [[http://de.wikipedia.org/wiki/Neurotransmitter|Neurotransmitter]] Glutamat (eine Aminosäure) und werden durch ihn aktiviert. Die Rezeptoren lösen postsynaptisch eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Exzitatorisches_postsynaptisches_Potential|exzitatorische]] Neurotransmission und präsynaptisch eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Inhibition_(Neuron)|inhibierende]] Neurotransmission aus. Allgemein betrachtet bezeichnet man Glutamat deshalb als exzitatorischen Transmitter.(Horn et al, 2009)[[#A4|4]]
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Ein Überschuss an Glutamat kann toxisch wirken (Glutamatexzitatoyizität). Dem wird durch Wiederaufnahme des Glutamates in Neuronen und Gliazellen (Astrozyten) mit Hilfe von Na-abhängigem Aminosäurentransport entgegengewirkt. Generell wirkt das Glutamat auf Ionenkanäle und metabotroph gekoppelte Rezeptoren und spielen eine zentrale Rolle bei Regulation synaptischer Prozesse im ZNS. Unter Anderem beteiligt sich das Glutamat an Vorgängen langanhaltender synaptischer Prozesse im Gehirn und Rückenmark. Ein Überschuss an Glutamat kann toxisch wirken (Glutamatexzitatoxizität). Dem wird durch Wiederaufnahme des Glutamates in Neuronen und [[http://de.wikipedia.org/wiki/Gliazellen|Gliazellen]] (Astrozyten) mit Hilfe von Natrium-abhängigem Aminosäurentransport entgegengewirkt. Generell wirkt das Glutamat auf Ionenkanäle und metabotroph gekoppelte Rezeptoren und spielt eine zentrale Rolle bei Regulation synaptischer Prozesse im[[http://de.wikipedia.org/wiki/Zentralnervensystem|Zentralen Nervensystem]]. Unter anderem beteiligt sich das Glutamat an Vorgängen langanhaltender synaptischer Prozesse im Gehirn und Rückenmark.
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=== 1.1.) Exzitatorisches Neurotranmittersystem === === Exzitatorisches Neurotranmittersystem ===
Spezifische Mediatoren des exzitatorischen Neurotransmittersystems spielen eine wichtige Rolle bei [[http://de.wikipedia.org/wiki/Neurodegenerative_Erkrankung|Neurodegenerative Erkrankung]]. Diese sind folgende:
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Spezifische Mediatoren des exzitatorischen Neurotransmittersystems spielen eine wichtige Rolle bei Neurogenerativen Krankheiten. Diese sind folgende:  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ischämie|Ischämie]]
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*Ischämie  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Rasmussen-Enzephalitis|Rasmussens Enzephalitis]]
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*Rasmusens Enzephalitis  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Chinarestaurant-Syndrom|Chinarestaurantsyndrom]]
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*Chinarestaurantsyndrom  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Alzheimer-Krankheit|Morbus Alzheimer]]
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*Alzheimer  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Autismus|Autismus]]
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*Autismus  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Epilepsie|Epilepsie]]
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*Epilepsie  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Parkinson-Krankheit|Parkinson]]
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*Parkinson  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Morbus_Cushing|Morbus Cushing]]
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*Morbus Cushing  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Chorea_Huntington|Chorea Huntington]]
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*Corea Huntington  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Amyotrophe_Lateralsklerose|Amytrophe Lateralsklerose]]
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*Amytrophe Lateralsklerose === Long Term Potention ===
[[http://de.wikipedia.org/wiki/Langzeit-Potenzierung|LTP]] (long term potention) ist der Hauptmechanismus für die Speicherung von erlernten Fähigkeiten im Gehirn, besonders an den Pyramidalzellen des Hypocampus. Dieser Mechanismus steht durch wiederholte Aktivierung der glutamatergen zentralen Synapsen mit der Amplitudenzunahme des[[http://de.wikipedia.org/wiki/EPSP|EPSP]]´s (Exzitatiorisches Postsynaptisches Potential) in Verbindung. Dies ist die einfachste Gedächtnisform, welche auch als Engrammbildung (Eingravieren von Lerninhalten) bezeichnet wird. Durch Wiederholen des gelernten Musters kommt es zur Konsolidierung des Gedächnisinhaltes. So entstehen zum Beispiel auch chronische Schmerzzustände, welche durch anhaltende Übererregung der nocizeptiven Neuronen ausgelöst werden. Damit ist die Beteiligung der Kainatrezeptoren an kognitiven Funktionen im Gehirn wie Gedächtnis und Lernen bewiesen.(Leuschner W. D, 1998)[[#A9|9]]
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=== 1.2 Long Term Potention === == Einteilung ==
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LTP (long term potention) ist der Hauptmechanismus für die Speicherung von erlernten Fähigkeiten im Gehirn, besonders an den Pyramidalzellen des Hypocampus. Dieser Mechanismus steht durch wiederholte Aktivierung von den glutamatergenen zentralen Synapsen mit der Amplitudenzunahme des EPSP´s (Exzitatiorisches Postsynaptisches Potential) in Verbindung. Dieses ist die einfachste Gedächtnisform, welche auch als Engrammbildung (Eingravieren von Lerninhalten) bezeichnet wird. Durch Wiederholen des gelernten Musters kommt es zu Konsolidierung des Gedächnisinhaltes. So entstehen zum Beispiel auch chronische Schmerzzustände, welche durch anhaltende Übererregung der nocizeptiven Neuronen ausgelöst werden. Damit ist die Beteiligung an kognitiven Funktionen im Gehirn wie Gedächtnis und Lernen bewiesen. Glutamatrezeptoren werden in inotrophe und metabotrophe Rezeptoren eingeteilt. Unterschieden werden diese aufgrund ihrer Agonisten. <<BR>>Inotrophe Glutamatrezeptoren werden in nicht- NMDA-, NMDA-, Waisen-Rezeptoren und Kainatbindende Proteine unterteilt. <<BR>>Metabotrophe Glutamatrezeptoren werden in PI/Ca- und cAMP- gekoppelte Rezeptoren unterteilt.[[#A10|10]] <<BR>>Kainatrezeptoren sind in allen prä- und postsynaptischen Membranen des zentralen Nervensystems zu finden. <<BR>>AMPA- Rezeptoren und Kainatrezeptoren sind in der gleichen Region, jedoch nie in derselben [[http://de.wikipedia.org/wiki/Synapse|Synapse]] zu finden.(Leuschner W. D, 1998)[[#A9|9]] (Abbildung 1 zeigt die NMDA- Rezeptoren in aktivierter Form und in verschiedenen Formen der Hemmung)[[#A17|17]]
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Die Aufgabe der Kainatrezpetoren ist ein lagsames EPSP, wohingegen AMPA ein schnelles EPSP hervorrufen. Erstaunlicherweise zeigen exogene Kainatrezeptoren eine deutlich schnellere kinetik auf, als native Rezeptoren im Gehirn. Besonders GluK2/5 Rezeptoren sind erstaunlich langsam. Welche Rolle diese Rezeptoren allerings in der exitatorischen, synaptischen Transmission spielen ist bisher unklar.

AMPA Rezeptoren und Kainat Rezeptoren werden in der selben Region, aber nie in der selben Synapse gefunden. Daraus lässt sich schließen, dass beide Rezeptor- Typen mit den Intrazellulären Abläufen auf eine sehr spezifische Art und Weise interagieren. Dies könnte bedeuten, dass sie auf spezifische Proteine wirken und so direkt ihre Bewegunge bestimmen.

== 2.)Einteilung ==

Glutamatrezeptoren werden in Introphe und metabotrphe Glutamatrezeptoren eingeteilt. Unterschieden werden dies jeweils aufgrund ihrer Agonisten.

=== Inotrope Glutamatrezeptoren ===
=== Inotrophe Glutamatrezeptoren ===
{{attachment:NMDA_receptor_activation_and_antagonists.PNG|Abbildung 1, NMDA- Rezeptoren in aktivierter Form und in verschiedenen Formen der Hemmung|align="right",height="587",width="412"}}
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* AMPA – Rezeptoren: GluR 1-4  * AMPA – Rezeptoren: GluR 1-4
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* Kainat – Rezeptoren  * Kainat – Rezeptoren
  * Niederaffine: GluR 5-7
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** Niederaffine: GluR 5-7

*
* Hochaffine: KA 1-2
  * Hochaffine: KA 1-2
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* NR1  * NR1
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* NR2 A- D  * NR2 A- D
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* NR3 A und B  * NR3 A und B
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* KBP – frog, - cick, - fish-a, -fish-b, - toad
 * KBP – frog, - cick, - fish-a, -fish-b, - toad
Line 72: Line 67:
Line 74: Line 68:

* mGluR1 und mGluR5
 * mGluR 1 und mGluR 5
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 * tACPD- Rezeptoren
  * mGluR 2 und 3
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* tACPD- Rezeptoren  * AP4- Rezeptor
  * mGluR 4, 6, 7, 8
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** mGluR 2 und 3 == Kainatrezeptoren ==
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{{attachment:Plödes Pildi.png|Abbildung 2, Synapse mit ihrer chemischen Funktion|align="left",height="394",width="555"}}
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* AP4- Rezeptor {{attachment:Aktionspotential.svg.png|Abbildung 3, Verlauf eines Aktionspotentials|align="right",height="207",width="144"}}
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** mGluR 4, 6, 7, 8 Während der [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ontogenese|Ontogenese]] des Gehirns entwickeln sich Kainatrezeptoren durch neuronale Aktivität. Sie sind Kationenkanäle mit einer schnellen Kinetik, welche für Narium-, Kalium- Ionen und Wasser permeabel, für Calciumionen jedoch impermeabel sind. Im Ruhezustand sind die Kainatrezeporen durch Magnesium- Ionen blockiert. Durch Magnesiumfreisetzung infolge von [[http://de.wikipedia.org/wiki/Depolarisation_(Physiologie)|Depolarisation]] wird diese Blockade aufgehoben. (Abbildung 3 zeigt den Verlauf eines Aktionspotentials)[[#A18|18]] <<BR>>Allgemein bewirken Kainatrezeptoren eine schnelle Depolarisation an gluterminergen Synapsen. (Abbildung 2 zeigt eine Synapse mit ihrer chemischen Funktion)[[#A19|19]] Die Depolarisation der Synapsen ist eine Folge der gesteigerten Permeabilität von Calcium- und Natriumionen. Die Kainatrezeptoren lassen sich entsprechend ihrer Untereinheiten in niederaffine und hochaffine Gruppen einteilen. Wie die Glutamatrezeptoren, kommen auch Kainatrezeptoren überall im Zentralen Nervensystem vor.(Horn et al, 2009)[[#A4|4]] Durch öffnen des Ionenkanals der Kainatrezeptoren entsteht ein Exzitatiorischs Postsynaptisches Potential (EPSP), zusätzlich modulieren sie die Neurotransmitterfreisetzung durch präsynaptische Mechanismen. Diese Rezeptoren sind mittels Glutamat, Kainat, Domoat sowie Quisqualat aktivierbar und binden diese. Ihre Aufgabe ist unter anderem die Übertragung von Hitzeempfindung und Schmerz von der Peripherie zum Gehirn sowie die Vermittlung der synaptischen Transmission zwischen den [[http://de.wikipedia.org/wiki/Photorezeptoren|Photorezeptoren]] und den off-Bipolarzellen der [[http://de.wikipedia.org/wiki/Retina|Retina]]. Eine Besonderheit der Kainatrezeptoren ist, dass sie nicht nur durch ihre Agonisten, sondern auch durch andere erregende Synapsen oder ein rückläufiges [[http://de.wikipedia.org/wiki/Aktionspotential|Aktionspotential]] aktiviert werden können.
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Die Kainatrezeptoren gehören sowie die AMPA Rezeptoren zu den nicht NMDA Rezeptroen und damit zu den inotrophen Glutamatrezeptoren. Sie sind überall in der prä- und postsynaptischen Membran des zentralen Nervensystems aufzufinden. Die kaintionenspezifische Ionenporen öffnen sich bei Agonistbindung, es entsteht ein Ionenstrom. === Präsynaptische Kainatrezeptoren ===
Präsynaptische Kainatrezeptoren sind im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Hippokampus|Hippokampus]], im Rückenmark, im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Somatosensorischer_Cortex|somatosensorischen Cortex]], im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Cerebellum|Cerebellum]] und dem medialen [[http://de.wikipedia.org/wiki/Hirnrinde|Cortex]] zu finden.
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=== Struktur / Untereinheiten ===
{{attachment:GluR-Schema.jpg|Abbildung 4,Struktur der GluR-Untereinheit eines AMPA-Rezeptors|align="right"}}
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Der Kainatrezeptor besteht aus fünf Untereinheiten Diese sind GluR 5, 6 und 7, sowie KA 1 und 2.[[#A16|16]] GluR 5, 6 und 7 kommen in heteromerer und homomerer Anordnung vor. Wohingegen KA1 und 2 nur in Kombination mit GluR 5 und 6 einen funktionellen Heterokomplex bilden können. Außerhalb dieses Komplexes haben sie keine Ionenkanalfunktion. Die Untereinheiten können in verschiedenen Variationen angeordnet werden.[[#A10|10]] Jede Untereinheit besteht aus verschieden Domains, welche sich wiederum aus mehreren Polypeptidketten zusammensetzen. Sie beginnen mit 400 Aminosäuren außerhalb der Zellmembran und bildet damit das Segment Eins (S1), welches die Ligandenbindungsstelle formt. S1 bildet dann das Transmembranstück (M1). M1 tritt durch die Membran auf die intrazelluläre Seite und wird zu M2. M2 tritt durch das Zytoplasma etwa bis zur Hälfte durch die Zellmembran und kehrt dann wieder um (p-loop). Diese Schleife, ähnlich der des AMPA-Rezeptors (Abbildung 4 zeigt ein Schema der Untereinheiten AMPA-Rezeptors)[[#A20|20]] ist bestimmend für die Calciumpermeabilität des Rezeptors. Auf der intrazellulären Seite wird M2 zu M3 und M3 tritt auf die extrazelluläre Seite. M3 bildet dort S2. Dies ist die zweite Ligandenbindungsstelle der Untereinheit. Aus S2 wird M4, welche wieder die Membran zur intrazellulären Seite durchzieht. M4 kann auch als C-terminales Ende des Proteins angesehen werden.(Abblidung 5 Struktur eines Kainatrezeptors) [[#21|21]] [[#A16|16]]
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== 3.) Kainate – Rezeptoren == {{attachment:untereinheiten.jpg.png|Abbildung 5, Struktur eines Kainatrezeptors|align="left",height="413",width="515"}}
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Während der Ontogenese des Gehirns entwickeln sich Kainate Rezeptoren durch neuronale Aktivität. Sie sind Kationenkanäle mit einer schnellen Kinetik, welche für Na+, K+Ionen und Wasser permeabel sind, jedoch nicht für Ca++ Ionen. Im Ruhezustand sind sie durch Mg++ blockiert. Dieses gibt die Poren nach der Depolarisation an der Zellmembran frei. Allgemein bewirken Kainatrezeptroen eine schnelle Depolarisation an gluterminergenen Synapsen. Der Mechanismus dafür ist die Permeabilitätssteigerung für Calcium- und Natriumionen. Die Kainatrezeptoren lassen sich entsprechend ihrer Untereinheiten in niederaffine und hochaffine Gruppen einteilen. So wie die Glutamatrezeptoren, kommen auch die Kainatrezeptoren überall im ZNS vor. Durch öffnen des Ionenkanals der Kainatrezeptoren entsteht ein EPSP, zusätzlich modulieren sie die Neurotransmitterfreistzung durch präasynaptische Mechanismen. Dieser Rezeptor ist mittels Glutamat, dem strukturell starren glutamatanologe Kainat, sowie Domoat und Quisqualat aktivierbar und bindet diese. Ihre Aufgabe ist unter anderem die Übertragung von Hitzeempfindung und Schmerz von der Peripherie zum Gehirn und Vermittlung der synaptischen Transmission zwischen den Photorezeptoren und den off-Bipolarzellen der Retina. Eine Besonderheit dieser Rezeptoren ist es, dass sie nicht nur durch ihre Agonisten, sondern auch durch andere erregende Synapsen aktiviert werden oder ein rückläufiges Aktionspotential. GluR 5,6 und 7 sind Niederaffine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei:
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=== 3.1.) Post-synaptische Kainatrezeptoren ===  * GluR 5 = 70nM
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Postsynaptische Kainatrezeptoren sind im Hippokampus, im Rückenmark, im somatosensorischen Cortex, dem Cerebellum und dem medialen Cortex.  * GluR 6 = 95nM
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Die Moosfasern CA3 im Hippocampus sind die warscheinlich am besten untersuchten Kainatrezeptoren. Kleine Stromstöße (ca. 1 mal 100Hz) verursachen ein EPSP, welches sensibel auf Kainatantagonisten reagieren, wenn AMPA und NMDA Rezeptoren blockiert sind. Das passiert nicht, wenn auf anderem Wege die CA3 Regionen des Hippocampus stimuliert werden  * GluR 7 = 77nM
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=== 3.2.) Struktur / Untereinheiten === KA1 und KA2 sind Hochaffine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei:
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Der Kainatrezeptor besteht aus fünf Untereinheiten. Diese Sind GluR5, 6 und 7, sowie KA 1 und 2.  * KA1 = 4,7nM
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GluR5, 6 und 7 kommen in heteromerer und homomerer Anordnung vor. Wohingegen KA1 und 2 nur in Kombination mit GluR5 und 6 einen funktionellen heterokomplex bilden kann. Alleine hätten sie keine Ionenkanalfunktion. Diese können in unterschiedlichen Variationen angeordnet werden. Jede dieser Untereinheiten hat 400- N- terminale Domains, pro Domain gibt es drei Membranen. M1, M2, welche sich aus dem Zytoplasma durch die Zellmembran halb durch drückt und dann zurück ins Zytoplasma geht (p-loop). Die M2 bestimmt die Ca++ Durchlässigkeit der Rezpetoren. M3 entsteht aus M2 und legt sich über die transzelluläre Seite des Rezeptors und bildet so die neurotransmittierbindende Seite. Diese Membran ist für die Unterschiede der Untereinheiten GluR6 und GluR7 verantwortlich. Die Membran 4 (M4) ist das C- terminale Ende der Untereinheit. Das C-terminale und N-terminale Ende jeder Untereinheit liegen extrazellulär. Diese Membranen bilden einen intrinischen Kationenkanal mit hoher Konduktanz für Natriumionen und Kaliumionen. Neuste Forschungen zeigen, dass diese nicht zu ligandenabhängigen Ionenkalälen gehören.  * KA2 = 15 nM
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GluR 5,6 und 7 sind Nieder Affine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei: Die Untereinheiten GluR 7 weisen in [[http://de.wikipedia.org/wiki/HEK-Zellen|HEK- 293- Zellen]] (HEK = Humen Embrionik Kidneycells) Ionenkanalfunktionen auf. Es können [[http://de.wikipedia.org/wiki/Punktmutation|Punktmutationen]] in der dritten Membran auftreten. GluR 7 stellt keinen wirklich funktionellen Rezeptor dar, lediglich einen Kanal mit geringer Porenöffnung. GluR 6 und 7 werden im Gehirn an ähnlicher Stelle expremiert. Wenn GluR 6 mit GluR 7 in heteromerer Form expremiert wird, hat GluR 7 eine negativ modulierende Wirkung auf den ganzen Kainatrezeptor.
Line 109: Line 111:
* GluR 5 = 70nM  . <<BR>> <<BR>> <<BR>>
Line 111: Line 113:
* GluR 6 = 95nM === Funktion/ Funktionsweise ===
Für kognitive Vorgänge relevante Kainatrezeptoren sind in jenen Gehirnarealen vermehrt vorhanden, deren Funktion der Lern- und Gedächnisverarbeitung zugeschrieben wird (z.B. Hippocampus). (Horn et al)[[#A4|4]] Diejenigen, die für [[http://de.wikipedia.org/wiki/Motorik|Motorik]] und Bewegungsmotivation zuständig sind, dagegen vermehrt in [[http://de.wikipedia.org/wiki/Basalganglien|Basalganglien]] und dem [[http://de.wikipedia.org/wiki/Kleinhirn|Kleinhirn]]. <<BR>>Die Kainatrezeptoren spielen eine wichtige Rolle bei der synaptischen Übertragung und haben eine schnellere Kinetik als [[http://de.wikipedia.org/wiki/AMPA-Rezeptor|AMPA- Rezeptoren]]. [[#A16|16]] <<BR>>Im Ruhezustand bzw. ohne Reizung ist die Calziumionenpermeabilität sehr gering, sie kann sich jedoch durch Subunits oder RNA Editing erhöhen. Durch Calziumeinstrom kommt es zu einer Depolarisation der Zellmembran und in Folge dessen zu einem Akionspotenial. Eine zu hohe oder zu lange andauernde Calciumkonzentration kann zum [[http://de.wikipedia.org/wiki/Zelltod|Tod der Zelle]] führen. <<BR>>Durch die Erhöhung des Calziumionenspiegels im Inneren der Zelle werden die [[http://de.wikipedia.org/wiki/Mitochondrien|Mitochondrien]] in ein höheres Aktivitätslevel gebracht. Durch eine länger anhaltende Konzentrationserhöhung kann es zu einer Gewöhnung [[http://de.wikipedia.org/wiki/Habituation|(Habituation)]] der Mitochondrienmembran kommen. Es bildet sich in Folge dessen keine signifikante Differenz zum Ruhezustand im Falle einer Reizung.
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* GluR 7 = 77nM == Aufgabe der Kainatrezeptoren ==
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Kainatrezeptoren befinden sich in Prä- und Postsynaptischen Neuronen. Ihre Funktion ist im Zusammenhang mit AMPA- und NMDA- Rezeptoren nicht geklärt.[[#A7|7]] Ihre sensorische Transduktion steht in engem Zusammenhang mit [[http://de.wikipedia.org/wiki/Epilepsie|Epilepsie]]. Die Kainatrezeptoren in den präsynaptischen Zellen können die Menge der freigesetzten Neurotransmitter bestimmen. Wir unterscheiden zwischen schneller, langer und additiver Wirkung. Photorezeptoren nutzen den Neurotransmitter Glutamat um mit anderen Zellen zu kommunizieren. So wird zum Beispiel im Dunkeln ein Neurotransmitter für die postsynaptischen Kainatrezeptoren freigelassen, dadurch ändert sich die präsynaptische Spannung innerhalb von 500 ms. Bei Blitzlicht kommt es nicht zu einer Depolarisation, sondern gleich zu einer Hypopolarisation. Eine Begrenzung des postsynaptischen Stroms verhindert eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Desensibilisierung_(allgemeiner_Begriff)|Desensibilisierung]] der Rezeptoren.
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KA1 und KA2 sind Hoch Affine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei: == Regulation ==
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=== Allgemeine Regulation ===
Die Transmitterfreisetzung wird unter Einfluss von Magnesium- Ionen abgeschwächt. Einen Einfluss auf die postysnaptische Rezeptromembran hat unter anderem der Agonist Kainat (Kainsäure), Glutamat, Domoat, AMP, so wie AP 5 und CNQX eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Kompetitive_Hemmung|kompetitive Hemmung]] auslösen. Eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Nicht-kompetitive_Hemmung#Nichtkompetitive_Hemmung_.28allosterische_Hemmung.29|Nicht- kompetitive Hemmung]] wird unter anderem durch Magnesium- Ionen, Kynureninsäure und Katamin induziert. Die [[http://de.wikipedia.org/wiki/Antagonist_(Pharmakologie)|Anatgonisten]] des Kainatrezeptors sind: CNQX, DMQX, NS 102, Kynurenic Acid (endogener Ligand), Tezampanel. Der ständige Reiz der Rezeptromembran durch 300 Mikromol Kainat wird durch CNQX gehemmt, diese Inhibition ist dissotiationsabhängig. Die Antworten auf die Reizung, welche von Kainat ausgelöst wird, können konstant oder transient sein. Sie werden durch NS 102 gehemmt, diese verursachen eine schlechte Selektivität für das Impulsverhalten. Die Hemmung des Antagonisten NS244 ist sehr stark bei von stationären Kainat Induzierten Strömen, so werden Peakantworten verhindert. Die Kainat- Antworten werden nicht durch Cyclotiazid direkt beeinflusst, da sie keine spezifischen Bindungsstellen dafür aufweisen, aber es entsteht ein potentierter Strom durch Aktivierung von AMPA- Rezeptoren. Es existiert keine vollständige Selektivität gegenüber einigen kompetitiven Antagonisten für AMPA- und Kainatrezeptoren. Das ATPA ist ein Kainat Agonist für GluR 5- beinhaltende Rezeptorkomplexe, allerdings ist es relativ uneffektiv an den Untereinheiten GluR 6 und 7. Die Aktivität der Rezeptoren wird ebenfalls durch Proteinphosphorilierung reguliert. Für die Untereinheit GluR 6 werden bestimmte Modulatorproteine unterschieden, diese sind: NDRG1, NDRG2 dieses hemmt in Kombination mit SGK 1 die Funktion von GluR 6, mTOR hemmt ebenfalls die Aktivität, RIL hemmt GluR 6, kann aber auch GluR 1 regulieren, Yotiao ist für die Aktivierung von GluR 6 verantwortlich, genau so wie Grb2, Rab- Proteine sind Regulatoren der GluR 6 Aktivität durch ihre Unterformen Rab 5 und 11.
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* KA1 = 4,7nM Der Antagonist Ly382884 ist ein Antagonist für GluR 5 beinhaltende Rezeptoren. Dieser kann die Induktion von NMDA- Rezeptoren- abhängigem LTP in den CA 3 hippocampalen Nerven (Moosfasern) beeinflussen. UBP296 wirkt genauso, wie jüngste Forschungen beweisen haben. Eine Folge von hochfrequenten Stimulationen ruft eine Veränderung in den prä- synaptischen Endknöpfen hervor, welche die Glutamatfreisetzung steigern. Auffällig ist auch, dass eine Freisetzung von Moosfaser- LTP eine totale Hemmung der durch Kainatrezeptoren ermöglichten erleichterten synaptischen Übertragung, verursachen. Diese Erleichterung ist das Ergebnis einer positiven Feedback- Schleife, welche die synaptische Aktivierung von prä- synaptischen Kainatrezeptoren durch die gesteigerte Freisetzung von Glutamat erhöht. Dies führt wiederum zu einer gesteigerten synaptischen Transmission und dadurch wird die Aktivität des prä-synaptischen Kainatrezeptors stimuliert. Die Calzium- Ionen machen es LY382884 möglich, eben genannten Prozesse zu blocken. Bei geringer Calzium- Ionen Konzentration wird die Mossfaser- LDT Freisetzung und die Erleichterung der Transmission durch GluR 5 Antagonisten blockiert. Bei hoher Calzium- Ionen Konzentration ist dies nicht mehr möglich. Ryanodin blockiert diese Prozesse ebenfalls, indem es die Calzium- Ionen aus den intrazellulären Depos freisetzt.
Line 119: Line 127:
* KA2 = 15 nM === Gulkokortokoide ===
[[http://de.wikipedia.org/wiki/Glukokortikoide|Glukokortikoide]] haben eine Wirkung auf fast alle Organe. Diese kann sehr vielfältig sein. Sie wirken auf den Kohlenhydrat- und [[http://de.wikipedia.org/wiki/Aminosäurenstoffwechsel|Aminosäurenstoffwechsel]] indem die Glukosekonzentration im Blut durch Proteinabbau erhöht wird. Außerdem haben sie eine antiallergische Wirkung, sie hemmen die Synthese von [[http://de.wikipedia.org/wiki/Lymphokine|Lymphokinen]], die [[http://de.wikipedia.org/wiki/Histamin|Histamin]]freisetzung und stabilisieren zusätzlich die [[http://de.wikipedia.org/wiki/Lysosom|Lysosome]]. Des Weiteren haben sie einen Einfluss auf das Gehirn. Sie wirken auf die hypotalamischen Funktionen und können so eine Änderung im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroenzephalografie|EEG]] sowie in der Psyche induzieren. Glukokortikoide werden bei physischem und psychischem Stress ausgeschüttet. In dieser Stresssituation können sie durch Stimulation des neuronalen Lernens die Gedächtniskapazität erhöhen. Bei vermehrter Ausschüttung kommt es zu einer Steigerung der GluR 6- Expression im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Gyrus_dentatus|Gyrus dentatus]] und in dem Hypocampus. Die Glukokortikoide haben eine nachweisbare Wirkung auf die im Gehirn aufzufindenden [[http://de.wikipedia.org/wiki/Astrozyten|Astrozyten]].[[#A10|10]]
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Die Untereinheiten GluR7 weisen in HEK- 293- Zellen (HEK = Humen Embrionik Kidneycells) Ionenkanalfunktionen auf. Es können Punktmutationen in der dritten Membran auftreten. Der GluR sieben wird als nichtfunktionell, sondern als Rezeptor mit geringer Porenöffnung betrachtet.GluR6 und 7 werden im Gehirn an ähnlicher Stelle expremiert. Wenn GluR6 mit GluR7 in heteromerer Form expremiert wird hat GluR7 eine negativ modulierende Wirkung auf den ganzen Kainatrezeptor == Funktionsstörungen ==
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=== Klinische Aspekte ===
Die AMPA- Rezeptoren setzen Neurotransmitter frei, die essentiell für Lern- und [[http://de.wikipedia.org/wiki/Erinnerungsvermögen|Erinnerungsprozesse]] sind. Eine Überaktivität kann das Nervensystem schädigen und den Neuronentod hervorrufen. Die Kainatrezeptoren sind für die Feinabstimmung bzw. die Balance zwischen neuronaler Inhibition und Exzitation verantwortlich.
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=== Autismus ===
Die Ursache für [[http://de.wikipedia.org/wiki/Autismus|Autismus]] wird in dem “several nucleotid polymorphism“ im GluR 6 [[http://de.wikipedia.org/wiki/Transkription_(Biologie)|Transkript]] gesehen, so soll eine Kontaktstörung der synaptischen Übertragung entstehen. Es können Punktmutationen durch einen [[http://de.wikipedia.org/wiki/Nukleotid|Nukleotid]] Austausch verursacht werden. Entdeckt wurden drei Punktmutation, welche im [[http://de.wikipedia.org/wiki/Exon|Exon]] lokalisiert sind und drei welche in [[http://de.wikipedia.org/wiki/Introns|Introns]] zu finden sind. Diese Mutationen zeigen einen konservativen Aminosäuretausch. Die Mutation M8361 ist im Exon lokalisiert, dabei kommt es zum Tausch von [[http://de.wikipedia.org/wiki/Methionin|Methionin]] gegen [[http://de.wikipedia.org/wiki/Isoleucin|Isoleucin]] im C-terminalen Teil, welcher verantwortlich ist für die Organisation und elektrophysiologischen Eigenschaften. Durch die Veränderung im C-terminalen Teil des GluR 6 Proteins kann SAP90/PSD95 nicht mehr gebunden werden. Dadurch entsteht eine Veränderung der Rezeptorfunktion, z.B. wird die Desensitisierung vermindert, damit ist nachgewiesen, dass M8361 einen funktionellen Effekt hat.
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=== 3.3.) Funktion/ Funktionsweise === === Epilepsie ===
Wenn Glutamin in größeren Mengen in den medialen Kortex abgegeben wird, beschränkt sich das entstehende Potential auf diese Region. Das entstehende Potential kann durch AMPA- und Kainatrezeptoren leicht abgeschwächt werden, außerdem wird die neuronale Glutaminaufnahme gehemmt. Im Laborversuch wurden die Neuronen von Tieren mit Kainat behandelt, danach zeigten diese ein langanhaltendes EPSP, welches zum Auftreten von vielen Aktionspotentialen kurz hintereinander führte. Bei epileptischen Tieren zeigte sich nach der Unterbrechung der gluatmatergenen Transmission ein IPSP. Während eines epileptischen Anfalls kommt es zu einer massiven Hyperaktivität der kortikalen Neuronen. Ein stark erhöhter Anstieg von extrazellulären Kalium- Ionen sorgt für eine Depolarisation der Neuronen und eine Absenkung des [[http://de.wikipedia.org/wiki/Schwellenpotential|Schwellenpotentials]]. Dies kann nur geschehen, weil die Gliazelle die große Menge an Kalium- Ionen nicht mehr aufnehmen kann. Dadurch entstehen generalisierte Krämpfe.(Horn et al, 2009)[[#A4|4]]
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Kainatrezeptoren sind in Gehirnarelen extrem oft vorhanden, die für Lernen- und Gedächnisfunktionen wichtig sind z.B. im Hippocampus. Die für Motorik- und Motivationsausprägung zuständigen Kainatrezeptoren sind z.B. in basalen Ganglien und dem Kleinhirn zu finden. Sie haben eine wichtige Funktion bei der synaptischen Übertragung. Das postsynaptische Potential läuft bei Kainaten REzeptren schneller ab als bei AMPA Rezeptoren. Unter normalen Umständen ist die Ca2 Permeabilität sehr gering, kann sich aber durch Subunits und RNA Editing ändern. Die wichtigste Aufgabe der Kainatrezeptoren außerhalb des Hypocampus ist die synaptische Plastizität im somatosensorischen Cortex. Eine Überstimulation kann zum Zelltod führen, sofern die Dosis hoch genug oder die Inkubationszeit lang genug ist. Bei Hyperpolarisation kommt es zum Ca++ Einstrom in die Zelle, dieser Einstrom ist jedoch von schlechter Qualität. Durch die Erhöhung des Ca++ Spiegels in der Zelle, werden die Mitochondrien in ein höheres Aktivitätslevel gebracht. Allerdings kann durch den angestiegenen Ca++ Spiegel eine Gewöhnung an das erhöhte Membranpotential entstehen, durch diese Habituation bildet sich keine signifikante Differenz zum Normalzustand. === Spreading Depression ===
Nach einer starken lokalen [[http://de.wikipedia.org/wiki/Reizung|Reizung]] z.B. einem Trauma kann es zu einer Ansammlung von Kalium- Ionen kommen, welche von den Gliazellen in diesen großen Mengen nicht abfangen werden können. Das [[http://de.wikipedia.org/wiki/Ruhepotential|Ruhepotential]] kehrt nicht mehr in den Normalzustand zurück und immer mehr Neuronen werden depolarisiert. Durch diesen Vorgang entsteht eine neue Zone von unerregbaren Neuronen. Nach solch einer Reizung kann es bis zu einigen Minuten dauern bis sich die normale Erregbarkeit wieder einstellt.
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== Neurotoxizität ==
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=== Allgemein ===
Eine Natrium- und Chlorid- Ionen Aufnahme lässt die Zellen anschwellen. Unter dem Einfluss von Stress kommt es zu einem vermehrten Einstrom von Kalzium- Ionen. Dies hat einen „Overload“ zur Folge, welcher im Umkehrschluss zu einer [[http://de.wikipedia.org/wiki/Excitotoxizität|Exitotoxizität]] führt. Wie Glutamat wirken endogene exzitatorische Transmitter in hohen Dosen und Aktivitäten neurotoxisch. Sie haben einen Einfluss auf Mitochondrien, Enzyme und Ionenströme. In den Mitochondrien kann es zu einer Akkumulierung von Calzium- Ionen kommen. Dieser Transport hat als treibende Kraft den Ionenkonzentrationsgradienten. Die ATP- Synthese wird reduziert, da ATP in den Mitochondrien wichtig ist um Calzium- Ionen aus der Zelle abzutransportieren (aktiver Ionentransport). Die vorliegende reduzierte ATP- Synthese und der wie oben beschriebene erhöhte Verbrauch von ATP sind die primären Gründe für [[http://de.wikipedia.org/wiki/Apoptose|Apoptose]]. Das Mitochondrium wird geschädigt, obwohl die Neuronen noch gesund erscheinen. Auch Enzyme können eine negative bzw. schädigende Wirkung auf die Zellen haben. Das Enzym [[http://de.wikipedia.org/wiki/Phospholipase_A₂|Phospholipase A]] aktiviert [[http://de.wikipedia.org/wiki/Arachidonsäure|Arachnidonsäure]], diese verursacht eine [[http://de.wikipedia.org/wiki/Reaktive_Sauerstoffspezies|ROS]] Produktion (Reaktive Oxigen Species), daraus entsteht wiederum das Phänomen des „Elektronenleakings“. Dieses hat zur Folge eine Schwellung der Zelle bis hin zur Apoptose.
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=== Verteidigungsmechanismen der Zelle ===
Die Zellen aktivieren [[http://de.wikipedia.org/wiki/Antioxidantien|Antioxidantien]], diese können Rezeptorantagonisten wie MK 801 sein. Außerdem fangen diese spezifischen Stoffe das ROS mit relativ großer Wirksamkeit ab. EGTA bindet Calzium- Ionen und verhindert somit das Anschwellen der Zelle. Neben der Aktivierung der Antioxidantien kommt es ebenfalls zu der Verminderung von freiem Glutamat.
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== 4. Aufgabe des Kainat- Rezeptoren == === Protektiver Effekt von Antioxidantien ===
Diese Verteidigungsmechanismen der Zelle beschützen Neuronen vor giftigen Effekten. Die Aktivierung von Antioxidantien beeinflusst die Rezeptorantagonisten wie MK 801. Sie können ROS abfangen und somit das Elektronenleaking verhindern. Des Weiteren werden durch EGTA (ethylene glycol tetraacetic acid) Calzium- Ionen gebunden und dadurch ein Überschuss an Ionen und die Überfüllung der Zelle verhindert. Forschungen zeigten, dass eine Behandlung von Neuronen mit SOD (74) oder SOD mimik die Wirkung von Kainatgiften drastisch reduzierte. Ebenso kann eine Behandlung mit [[http://de.wikipedia.org/wiki/Vitamin_E|Vitamin E]] und [[http://de.wikipedia.org/wiki/Trolox|Trolox]] die Neuronen vor [[http://de.wikipedia.org/wiki/Neurotoxizität|Neurotoxizität]] schützen. Daraus lässt sich schließen, dass [[http://de.wikipedia.org/wiki/Oxidativer_Stress|oxidativer Stress]] eine Schlüsselkomponente für alle Formen der Glutamattoxizität darstellt. Eine besonders wichtige Rolle spielt hierbei der Sauerstoff in der Zelle, es ist eine kritische Komponente, welche die Neurotoxizität unterstützt. Die Mitochondrien sind die primären Quellen für den reaktiven Sauerstoff.
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Kainate Rezeptoren befinden sich in Prä- und Postsynaptischen Neuronen. Ihre Funktion ist im Zusammenhang mit AMPA und NMDA nicht geklärt. Ihre sensorische Transduktion steht in engem Zusammenhang mit Epilepsie. Die Kainate Rezeptoren in der präsynaptischen Zellen können die Menge der freigesetzten Neurotransmitter bestimmen. Wir unterscheiden zwischen schnell und langer und additiver Wirkung. Photorezeptoren nutzen den Neurotransmitter Glutamat um mit anderen Zellen zu kommunizieren. So wird zum Beispiel im Dunkeln ein Neurotransmitter für die postsynaptische Kainaterezeptoren freigelassen, dadurch ändert sich die präsynaptische Spannung innerhalb von 500 ms. Bei Blitzlicht kommt es nicht zur einer Depolarisation, sondern gleich zu einer Hypopolarisation. Eine Begrenzung des postsynaptischen Stroms verhindert eine Desensibilisierung der Rezeptoren. == Literatur ==
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 * <<Anchor(6)>> (6) Silbernagel S., Klinke R., (Thieme Verlag, 2001), Lehrbuch der Physiologie: (1) 77
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Line 134: Line 168:
== Weblinks ==
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 * <<Anchor(14)>> (14)http://www.nbci.nlm.gov/pubmed/892134|www.nbci.nlm.gov/pubmed/892134 <<BR>>
 * <<Anchor(15)>> (15)http://www.ncbi.nim.nih.gov/pubmed/12743362|www.ncbi.nim.nih.gov/pubmed/12743362 <<BR>>
 * <<Anchor(16)>> (16)http://www.bristol.ac.uk/synaptic/receptors/kar|www.bristol.ac.uk/synaptic/receptors/kar
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== 5.) Regulation ==

=== 5.1.) Allgemeine Regulation ===

Die Transmitterfreisetzung wird unter Einfluss von Magnesiumionen abgeschwächt. Einen Einfluss auf die postysnaptische Rezeptromembran hat unteranderem der Agonist Kainat (Kainsäure), Glutamat, Domoat, AMP, so wie AP5 und CNQX eine kompetitive Hemmung auslösen. Eine Nicht- kompetitive Hemmung wird durch Magnesium Ionen, Kynureninsäure und Katamin induziert. Die Anatgonisten des Kainatrezeptors sind: CNQX, DMQX, NS 102, Kynurenic Acid (endogener Ligand), Tezampanel. Der ständige Reiz der Rezeptromembran durch 300 MikroMol Kainat wird durch CNQX gehemmt, diese Inhibition ist Dissotiationsabhängig. Die Antworten auf die Reizung, welche von Kainat ausgelöst wird, können konstant oder trasient sein. Sie werden durch NS 102 gehemmt, diese verursachen eine schlechte Selektivität für das Impulsverhalten. Die Hemmung des Antagonisten NS244 ist sehr stark bei von stationären Kainate Induzierte Strömen, so werden Peakantworten verhindert. Die Kainat- Antworten werden nicht durch Cyclotiazid direkt beeinflusst, da sie keine spezifischen Bindungsstellen dafür aufweisen, aber es entsteht ein potentierter Strom durch Aktivierung von AMPA Rezeptoren. Es existiert keine vollständige Selektivität gegenüber einigen kompetitiven Antagonisten für AMPA- und Kainat- Rezeptoren. Das ATPA ist ein Kainat Agonist für GluR5- beinhaltende Rezeptorkomplexe, allerdings ist es relativ uneffektiv an den Untereinheiten GluR6 und 7. Die Aktivität der Rezeptoren wird ebenfalls durch Proteinphsophorilierung reguliert. Für die Untereinheit GluR6 werden bestimmte Modulatorproteine unterschieden, diese sind: NDRG1, NDRG2 dieses hemmt in Kombination mit SGK1 die Funktion von GluR6, mTOR hemmt ebenfalls die Aktivität, RIL hemmt GluR6, kann aber auch GluR1 regulieren, Yotiao ist für die Aktivierung von GluR6 verantwortlich, genau so wie Grb2, Rab-Proteine sind Regulatoren der GluR6 Aktivität durch ihre Unterformen Rab5 und 11



=== 5.2.) Gulkokortokoide ===

Glukokortikoide haben eine Wirkung auf fast alle Organe. Diese kann sehr vielfältig sein. Sie wirken auf den Kohlenhydrat- und Aminosäurenstoffwechsel indem die Glukosekonzentration im Blut durch Proteinabbau erhöht wird. Außerdem haben sie haben sie eine Antiallergische Wirkung, sie hemmen die Synthese von Lymphokinen und Histaminfreisetzung und stabilisieren zusätzlich Lysosome. Des weiteren haben sie einen Einfluss auf das Gehirn. Sie wirken auf den Hypotalamische Funktionen und können so eine Änderung im EEG sowie in der Psyche induzieren. Glukokortikoide werden bei physischem und psychischen Stress ausgeschüttet. In dieser Stresssituation können sie durch Stimulation des neuronalen lernens die Gedächniskapazität erhöhen. Bei vermehrter Ausschüttung kommt es zu einer Steigerung der GluR6- Expression im gyrus dentatus und in dem Hypocampus. Die Glukokortikoide haben nachweisbare Wirkung auf die in Gehirn aufzufindenden Astrozyten.

== 6.) Funktionsstörungen ==

=== 6.1.) Klinische Aspekte ===

Die AMPA Rezeptoren setzten Neurotransmitter frei, die essentiell für Lern- und Erinnerungsprozesse sind. Eine Überaktivität kann das Nervensystem schädigen und den Neuronentod hervorrufen. Die Kainatrezeptoren sind für die Feinabstimmung bzw. die Balance zwischen Neuronaler Inhibition und Exzitation verantwortlich.



=== 6.2.) Autismus ===

Die Ursache für Autismus wird in dem“ several nucleotid polymorphism“ im GluR6 Transkript gesehen, so soll eine Kontaktstörung der synaptische Übertragung entstehen. Es können Punktmutationen durch Nukleotid Austausch verursacht werden. Entdeckt wurden drei Punktmutation, welche im Exon lokalisiert sind und drei welche in Introns zu finden sind. Diese Mutationen zeigen einen konservativen Aminosäuretausch. Die Mutation M8361 in Exon lokalisiert, dabei kommt es zum Tausch von Methionin gegen Isoleucin im C-Terminalem Teil, welcher verantwortlich ist für die Organisation und elektrophysiologische Eigenschaften. Durch die Veränderung im C-Terminalen Teil GluR6 Proteins kann SAP90/PSD95 nicht mehr gebunden werden. Dadurch entsteht eine Veränderung der Rezeptorfunktion, z.B. Desensitisierung wird vermindert, damit ist nachgewiesen dass M8361 einen funktionellen Effekt hat.



'''__7.2.2.) Epilepsie__'''

Wenn Glutamin in größeren Mengen in den medialen Kortex abgegeben wird, beschränkt sich das entstehende Potential auf diese Region. Das entstehende Potential kann durch AMPA- und Kainat- Rezeptoren leicht abgeschwächt werden, außerdem wird die neuronale Glutaminaufnahme gehemmt. Im Laborversuch wurden die Neuronen von Tieren mit Kainat behandelt, danach zeigten diese ein langanhaltendes EPSP, welches zum Auftreten von vielen Aktionspotentialen kurz hinter einander führte. Bei epileptischen Tieren zeigte sich nach der Unterbrechung der gluatmatergenen Transmission ein IPSP. Während eines epileptischen Anfalls kommt es zu einer massiven Hyperaktivität der kortikalen Neuronen. Ein stark erhöhter Anstieg von extrazellulären Kaliumionen sorgt für eine Depolarisation der Neuronen und eine Absenkung des Schwellenpotentials. Dies kann nur geschehen, weil die Glia die große Menge an Kaliumionen nicht mehr aufnehmen kann. Dadurch entstehen generalisierte Krämpfe.

'''__7.2.3.) Spreading Depression __'''

Nach einer starker lokaler Reizung z.B. einem Trauma kann es zu einer Ansammlung von Kaliumionen kommen, welche von den Gliazellen in diesen großen Mengen nicht abfangen werden können. Das Ruhepotential kehrt nicht mehr in den Normalzustand zurück und immer mehr Neuronen werden depolarisiert. Durch diesen Vorgang entsteht eine neue Zone von unerregbareren Neuronen. Nach solch einer Reizung kann es bis zu einigen Minuten dauern bis sich die normale Erregbarkeit wieder einstellt.

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'''8.) ''''''Neurotoxizität'''

'''__ __'''

'''__8.1.) Allgemein:__'''

Eine Natrium- und Chloridaufnahme lässt Zelle anschwellen. Unter dem Einfluss von Stress kommt es zu einem vermehrten Einstrom von Kalziumionen. Dies hat einen „Overload“ zur Folge, welcher im Umkehrschluss zu einer Exitotoxizität führt. Wie Glutamat wirken Endogene exzitatorische Transmitter in hohen Dosen und Aktivitäten neurotoxisch. Sie haben einen Einfluss auf Mitochondrien, Enzyme, Ionenströme. In den Mitochendrien kann es zu einer Akkumulierung von Ca++- Ionen kommen. Dieser Transport hat als treibende Kraft den Ionenkonzentrationsgradienten. Die ATP- Synthese wird reduziert, da ATP in den Mitochendrien wichtig ist um Ca++ aus der Zelle abzutransportieren (aktiver Ionentransport). Die vorliegende reduzierte ATP- Synthese und der wie oben beschriebene erhöhte Verbrauch von ATP sind die primären Gründe für Apoptose. Das Mitochondrium wird geschädigt, obwohl die Neuronen noch gesund erscheinen. Auch Enzyme können eine negative bzw, schädigende Wirkung auf die Zellen haben. Das Enzym Phospholipase A aktiviert Arachnidonsäure, diese verursacht eine ROS Produktion (Reaktive Oxigen Species),daraus entsteht wiederum das Phänomen des „Elektronenleakings“. Dieses hat als Folge eine Schwellung der Zelle bis hin zur Apoptose.

'''__8.2.) Verteidigungsmechanismen der Zelle__'''

Die Zellen aktivieren Antioxidantien diese können Rezeptorantagonisten wie MK801 sein. Außerdem fangen diese spezifischen Stoffe das ROS mit relativ großer Wirksamkeit ab. EGTA bindet Ca2+ und verhindert somit das Anschwellen der Zelle. Neben der aktivierung der Antioxidantien kommt es ebenfalls zu der Verminderung von freiem Glutamat.

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'''__8.3.) Protektiver Effekt von Antioxidantien__'''

Diese Verteidunungsmechanismen der Zelle beschützen Neuronen vor giftigen Effekten. Die Aktivierung von Antioxidantien beeinflusst die Rezeptorantagonisten wie MK 801. Sie können ROS abfangen und somit das Elektronenleaking verhindern. Des weiteren werden durch EGTA (ethylene glycol tetraacetic acid) Ca 2+ Ionen gebunden und dadurch ein Überschuss an Ionen und die Überfüllung der Zelle verhindert. Forschungen zeigten, dass eine Behandlung von Neuronen mit SOD (74) oder SOD mimik die Wirkung von Kainatgiften drastisch reduzierte. Ebenso kann eine Behandlung mit Vitamin E und Trolox die Neuronen vor Neurotoxizität schützen. Daraus lässt sich schließen, dass oxidativer Stress eine Schlüsselkomponente für alle Formen der Glutamattoxizität darstellt. Eine besonders wichtige Rolle spielt hierbei das O2 in der Zelle, es ist eine kritische Komponente, die die Neurotoxizität unterstützt. Die Mitochondrien sind die primären Quellen für den reaktiven Sauerstoff.

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· Keinate Recepor – Wikipedia

· University of Bristol – BRC Centre for synaptic plasticity

· Progress in Neurobiology – Kainate receptors and synaptic transmission

· Department of cell Biology and Physiology Washington University 2003

· Biochemie des Menschen, Florian Horn, 4. Auflage

· Taschenatlas der Physiologie Stefan Silbernagel, Agamemnon Despopoulos, 6. Auflage

· Die Rolle der metabotropen Glutamatreptoren der Gruppe 1 und 2 in Türmodellen des Schizophrenie der Fakultät für Biologie der Universität Tübingen, Dissertation 2010

· Subunit-assembly of AMPA-type glutamate receptors, Dissertation von Wulf Dirk Luschner 1998

· Die Rolle der metabotroper Glutamatrezeptoren bei der Modulation der erregenden und hemmmenden synaptischen Übertragungen in der Substantia nigra reticulata, Dissertation Marion Wottmann 2001

· Taschenatlas Physiologie Ch. Fahlke, W. Linke, B. Raßler, R. Wiesner

· Physiologe, Jan C. Behrendus und Co, MLP Duale Reihe

· Medizinische Biochemie systematis, Prof. D. Eberhrd Hofmann, Uni Med

· Biochemie und Pathobiochemie, Detlef Donecke, Jan Koolman, Georg Fuchs, Wolfgang Gerok

· Wikipedia.org/wiki/kainate_receptor

· [[http://www.ncbi.nlm.hih.gov/pubmed/9923677|www.ncbi.nlm.hih.gov/pubmed/9923677]]

· [[http://www.nature.com/npp/journal/v34/n1/full/Npp2008158a.html|www.nature.com/npp/journal/v34/n1/full/Npp2008158a.html]]

· [[http://www.nbci.nlm.gov/pubmed/892134|www.nbci.nlm.gov/pubmed/892134]]

· [[http://www.ncbi.nim.nih.gov/pubmed/12743362|www.ncbi.nim.nih.gov/pubmed/12743362]]

· [[http://www.bristol.ac.uk/synaptic/receptors/kar|www.bristol.ac.uk/synaptic/receptors/kar]]
== Bildquellen ==
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 * <<Anchor(17)>> (17)http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:NMDA_receptor_activation_and_antagonists.PNG&filetimestamp=20081202173535 <<BR>>
 * <<Anchor(18)>> (18)http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Aktionspotential.svg&filetimestamp=20110801150931 <<BR>>
 * <<Anchor(19)>> (19)http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Synapse_Illustration_unlabeled.svg&filetimestamp=20091231181331 <<BR>>
 * <<Anchor(20)>> (20)http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:GluR-Schema.jpg&filetimestamp=20040403232903 <<BR>>
 * <<Anchor(21)>> (21) selbst angefertigt (nach Vorlage von http://www.bris.ac.uk/synaptic/receptors/kar/)

Kainatrezeptoren

Allgemeine Worterklärung der Kainatrezeptoren: Kainatrezeptoren (Kainat = Kainsäure ist der Agonist dieser Rezeptoren) gehören zu den Glutamatrezeptoren und können, aufgrund ihres Ionenstroms in drei Untergruppen eingeteilt werden. Diese Untergruppen sind: schnell desensibilisierender Strom, langsam desensibilisierender Strom und gar nicht desensibilisierender Strom.(Fahlke et al, 2008)7

Glutamatrezeptoren allgemein


Die Non- NMDA inotrophen Rezeptoren reagieren auf den Neurotransmitter Glutamat (eine Aminosäure) und werden durch ihn aktiviert. Die Rezeptoren lösen postsynaptisch eine exzitatorische Neurotransmission und präsynaptisch eine inhibierende Neurotransmission aus. Allgemein betrachtet bezeichnet man Glutamat deshalb als exzitatorischen Transmitter.(Horn et al, 2009)4

Ein Überschuss an Glutamat kann toxisch wirken (Glutamatexzitatoxizität). Dem wird durch Wiederaufnahme des Glutamates in Neuronen und Gliazellen (Astrozyten) mit Hilfe von Natrium-abhängigem Aminosäurentransport entgegengewirkt. Generell wirkt das Glutamat auf Ionenkanäle und metabotroph gekoppelte Rezeptoren und spielt eine zentrale Rolle bei Regulation synaptischer Prozesse imZentralen Nervensystem. Unter anderem beteiligt sich das Glutamat an Vorgängen langanhaltender synaptischer Prozesse im Gehirn und Rückenmark.

Exzitatorisches Neurotranmittersystem

Spezifische Mediatoren des exzitatorischen Neurotransmittersystems spielen eine wichtige Rolle bei Neurodegenerative Erkrankung. Diese sind folgende:

Long Term Potention

LTP (long term potention) ist der Hauptmechanismus für die Speicherung von erlernten Fähigkeiten im Gehirn, besonders an den Pyramidalzellen des Hypocampus. Dieser Mechanismus steht durch wiederholte Aktivierung der glutamatergen zentralen Synapsen mit der Amplitudenzunahme desEPSP´s (Exzitatiorisches Postsynaptisches Potential) in Verbindung. Dies ist die einfachste Gedächtnisform, welche auch als Engrammbildung (Eingravieren von Lerninhalten) bezeichnet wird. Durch Wiederholen des gelernten Musters kommt es zur Konsolidierung des Gedächnisinhaltes. So entstehen zum Beispiel auch chronische Schmerzzustände, welche durch anhaltende Übererregung der nocizeptiven Neuronen ausgelöst werden. Damit ist die Beteiligung der Kainatrezeptoren an kognitiven Funktionen im Gehirn wie Gedächtnis und Lernen bewiesen.(Leuschner W. D, 1998)9

Einteilung


Glutamatrezeptoren werden in inotrophe und metabotrophe Rezeptoren eingeteilt. Unterschieden werden diese aufgrund ihrer Agonisten.
Inotrophe Glutamatrezeptoren werden in nicht- NMDA-, NMDA-, Waisen-Rezeptoren und Kainatbindende Proteine unterteilt.
Metabotrophe Glutamatrezeptoren werden in PI/Ca- und cAMP- gekoppelte Rezeptoren unterteilt.10
Kainatrezeptoren sind in allen prä- und postsynaptischen Membranen des zentralen Nervensystems zu finden.
AMPA- Rezeptoren und Kainatrezeptoren sind in der gleichen Region, jedoch nie in derselben Synapse zu finden.(Leuschner W. D, 1998)9 (Abbildung 1 zeigt die NMDA- Rezeptoren in aktivierter Form und in verschiedenen Formen der Hemmung)17

Inotrophe Glutamatrezeptoren

Abbildung 1, NMDA- Rezeptoren in aktivierter Form und in verschiedenen Formen der Hemmung

Nicht NMDA – Rezeptoren

  • AMPA – Rezeptoren: GluR 1-4
  • Kainat – Rezeptoren
    • Niederaffine: GluR 5-7
    • Hochaffine: KA 1-2

NMDA – Rezeptoren

  • NR1
  • NR2 A- D
  • NR3 A und B

Waisen – Rezeptoren

Kainatbindeproteine

  • KBP – frog, - cick, - fish-a, -fish-b, - toad

Metabotrophe Glutamatrezeptoren

PI/Ca – gekoppelt

  • mGluR 1 und mGluR 5

cAMP – gekoppelt

  • tACPD- Rezeptoren
    • mGluR 2 und 3
  • AP4- Rezeptor
    • mGluR 4, 6, 7, 8

Kainatrezeptoren


Abbildung 2, Synapse mit ihrer chemischen Funktion

Abbildung 3, Verlauf eines Aktionspotentials

Während der Ontogenese des Gehirns entwickeln sich Kainatrezeptoren durch neuronale Aktivität. Sie sind Kationenkanäle mit einer schnellen Kinetik, welche für Narium-, Kalium- Ionen und Wasser permeabel, für Calciumionen jedoch impermeabel sind. Im Ruhezustand sind die Kainatrezeporen durch Magnesium- Ionen blockiert. Durch Magnesiumfreisetzung infolge von Depolarisation wird diese Blockade aufgehoben. (Abbildung 3 zeigt den Verlauf eines Aktionspotentials)18
Allgemein bewirken Kainatrezeptoren eine schnelle Depolarisation an gluterminergen Synapsen. (Abbildung 2 zeigt eine Synapse mit ihrer chemischen Funktion)19 Die Depolarisation der Synapsen ist eine Folge der gesteigerten Permeabilität von Calcium- und Natriumionen. Die Kainatrezeptoren lassen sich entsprechend ihrer Untereinheiten in niederaffine und hochaffine Gruppen einteilen. Wie die Glutamatrezeptoren, kommen auch Kainatrezeptoren überall im Zentralen Nervensystem vor.(Horn et al, 2009)4 Durch öffnen des Ionenkanals der Kainatrezeptoren entsteht ein Exzitatiorischs Postsynaptisches Potential (EPSP), zusätzlich modulieren sie die Neurotransmitterfreisetzung durch präsynaptische Mechanismen. Diese Rezeptoren sind mittels Glutamat, Kainat, Domoat sowie Quisqualat aktivierbar und binden diese. Ihre Aufgabe ist unter anderem die Übertragung von Hitzeempfindung und Schmerz von der Peripherie zum Gehirn sowie die Vermittlung der synaptischen Transmission zwischen den Photorezeptoren und den off-Bipolarzellen der Retina. Eine Besonderheit der Kainatrezeptoren ist, dass sie nicht nur durch ihre Agonisten, sondern auch durch andere erregende Synapsen oder ein rückläufiges Aktionspotential aktiviert werden können.

Präsynaptische Kainatrezeptoren

Präsynaptische Kainatrezeptoren sind im Hippokampus, im Rückenmark, im somatosensorischen Cortex, im Cerebellum und dem medialen Cortex zu finden.

Struktur / Untereinheiten

Abbildung 4,Struktur der GluR-Untereinheit eines AMPA-Rezeptors

Der Kainatrezeptor besteht aus fünf Untereinheiten Diese sind GluR 5, 6 und 7, sowie KA 1 und 2.16 GluR 5, 6 und 7 kommen in heteromerer und homomerer Anordnung vor. Wohingegen KA1 und 2 nur in Kombination mit GluR 5 und 6 einen funktionellen Heterokomplex bilden können. Außerhalb dieses Komplexes haben sie keine Ionenkanalfunktion. Die Untereinheiten können in verschiedenen Variationen angeordnet werden.10 Jede Untereinheit besteht aus verschieden Domains, welche sich wiederum aus mehreren Polypeptidketten zusammensetzen. Sie beginnen mit 400 Aminosäuren außerhalb der Zellmembran und bildet damit das Segment Eins (S1), welches die Ligandenbindungsstelle formt. S1 bildet dann das Transmembranstück (M1). M1 tritt durch die Membran auf die intrazelluläre Seite und wird zu M2. M2 tritt durch das Zytoplasma etwa bis zur Hälfte durch die Zellmembran und kehrt dann wieder um (p-loop). Diese Schleife, ähnlich der des AMPA-Rezeptors (Abbildung 4 zeigt ein Schema der Untereinheiten AMPA-Rezeptors)20 ist bestimmend für die Calciumpermeabilität des Rezeptors. Auf der intrazellulären Seite wird M2 zu M3 und M3 tritt auf die extrazelluläre Seite. M3 bildet dort S2. Dies ist die zweite Ligandenbindungsstelle der Untereinheit. Aus S2 wird M4, welche wieder die Membran zur intrazellulären Seite durchzieht. M4 kann auch als C-terminales Ende des Proteins angesehen werden.(Abblidung 5 Struktur eines Kainatrezeptors) 21 16

Abbildung 5, Struktur eines Kainatrezeptors

GluR 5,6 und 7 sind Niederaffine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei:

  • GluR 5 = 70nM
  • GluR 6 = 95nM
  • GluR 7 = 77nM

KA1 und KA2 sind Hochaffine Untereinheiten. Ihr KD- Wert für Kainat liegt bei:

  • KA1 = 4,7nM
  • KA2 = 15 nM

Die Untereinheiten GluR 7 weisen in HEK- 293- Zellen (HEK = Humen Embrionik Kidneycells) Ionenkanalfunktionen auf. Es können Punktmutationen in der dritten Membran auftreten. GluR 7 stellt keinen wirklich funktionellen Rezeptor dar, lediglich einen Kanal mit geringer Porenöffnung. GluR 6 und 7 werden im Gehirn an ähnlicher Stelle expremiert. Wenn GluR 6 mit GluR 7 in heteromerer Form expremiert wird, hat GluR 7 eine negativ modulierende Wirkung auf den ganzen Kainatrezeptor.




Funktion/ Funktionsweise

Für kognitive Vorgänge relevante Kainatrezeptoren sind in jenen Gehirnarealen vermehrt vorhanden, deren Funktion der Lern- und Gedächnisverarbeitung zugeschrieben wird (z.B. Hippocampus). (Horn et al)4 Diejenigen, die für Motorik und Bewegungsmotivation zuständig sind, dagegen vermehrt in Basalganglien und dem Kleinhirn.
Die Kainatrezeptoren spielen eine wichtige Rolle bei der synaptischen Übertragung und haben eine schnellere Kinetik als AMPA- Rezeptoren. 16
Im Ruhezustand bzw. ohne Reizung ist die Calziumionenpermeabilität sehr gering, sie kann sich jedoch durch Subunits oder RNA Editing erhöhen. Durch Calziumeinstrom kommt es zu einer Depolarisation der Zellmembran und in Folge dessen zu einem Akionspotenial. Eine zu hohe oder zu lange andauernde Calciumkonzentration kann zum Tod der Zelle führen.
Durch die Erhöhung des Calziumionenspiegels im Inneren der Zelle werden die Mitochondrien in ein höheres Aktivitätslevel gebracht. Durch eine länger anhaltende Konzentrationserhöhung kann es zu einer Gewöhnung (Habituation) der Mitochondrienmembran kommen. Es bildet sich in Folge dessen keine signifikante Differenz zum Ruhezustand im Falle einer Reizung.

Aufgabe der Kainatrezeptoren


Kainatrezeptoren befinden sich in Prä- und Postsynaptischen Neuronen. Ihre Funktion ist im Zusammenhang mit AMPA- und NMDA- Rezeptoren nicht geklärt.7 Ihre sensorische Transduktion steht in engem Zusammenhang mit Epilepsie. Die Kainatrezeptoren in den präsynaptischen Zellen können die Menge der freigesetzten Neurotransmitter bestimmen. Wir unterscheiden zwischen schneller, langer und additiver Wirkung. Photorezeptoren nutzen den Neurotransmitter Glutamat um mit anderen Zellen zu kommunizieren. So wird zum Beispiel im Dunkeln ein Neurotransmitter für die postsynaptischen Kainatrezeptoren freigelassen, dadurch ändert sich die präsynaptische Spannung innerhalb von 500 ms. Bei Blitzlicht kommt es nicht zu einer Depolarisation, sondern gleich zu einer Hypopolarisation. Eine Begrenzung des postsynaptischen Stroms verhindert eine Desensibilisierung der Rezeptoren.

Regulation


Allgemeine Regulation

Die Transmitterfreisetzung wird unter Einfluss von Magnesium- Ionen abgeschwächt. Einen Einfluss auf die postysnaptische Rezeptromembran hat unter anderem der Agonist Kainat (Kainsäure), Glutamat, Domoat, AMP, so wie AP 5 und CNQX eine kompetitive Hemmung auslösen. Eine Nicht- kompetitive Hemmung wird unter anderem durch Magnesium- Ionen, Kynureninsäure und Katamin induziert. Die Anatgonisten des Kainatrezeptors sind: CNQX, DMQX, NS 102, Kynurenic Acid (endogener Ligand), Tezampanel. Der ständige Reiz der Rezeptromembran durch 300 Mikromol Kainat wird durch CNQX gehemmt, diese Inhibition ist dissotiationsabhängig. Die Antworten auf die Reizung, welche von Kainat ausgelöst wird, können konstant oder transient sein. Sie werden durch NS 102 gehemmt, diese verursachen eine schlechte Selektivität für das Impulsverhalten. Die Hemmung des Antagonisten NS244 ist sehr stark bei von stationären Kainat Induzierten Strömen, so werden Peakantworten verhindert. Die Kainat- Antworten werden nicht durch Cyclotiazid direkt beeinflusst, da sie keine spezifischen Bindungsstellen dafür aufweisen, aber es entsteht ein potentierter Strom durch Aktivierung von AMPA- Rezeptoren. Es existiert keine vollständige Selektivität gegenüber einigen kompetitiven Antagonisten für AMPA- und Kainatrezeptoren. Das ATPA ist ein Kainat Agonist für GluR 5- beinhaltende Rezeptorkomplexe, allerdings ist es relativ uneffektiv an den Untereinheiten GluR 6 und 7. Die Aktivität der Rezeptoren wird ebenfalls durch Proteinphosphorilierung reguliert. Für die Untereinheit GluR 6 werden bestimmte Modulatorproteine unterschieden, diese sind: NDRG1, NDRG2 dieses hemmt in Kombination mit SGK 1 die Funktion von GluR 6, mTOR hemmt ebenfalls die Aktivität, RIL hemmt GluR 6, kann aber auch GluR 1 regulieren, Yotiao ist für die Aktivierung von GluR 6 verantwortlich, genau so wie Grb2, Rab- Proteine sind Regulatoren der GluR 6 Aktivität durch ihre Unterformen Rab 5 und 11.

Der Antagonist Ly382884 ist ein Antagonist für GluR 5 beinhaltende Rezeptoren. Dieser kann die Induktion von NMDA- Rezeptoren- abhängigem LTP in den CA 3 hippocampalen Nerven (Moosfasern) beeinflussen. UBP296 wirkt genauso, wie jüngste Forschungen beweisen haben. Eine Folge von hochfrequenten Stimulationen ruft eine Veränderung in den prä- synaptischen Endknöpfen hervor, welche die Glutamatfreisetzung steigern. Auffällig ist auch, dass eine Freisetzung von Moosfaser- LTP eine totale Hemmung der durch Kainatrezeptoren ermöglichten erleichterten synaptischen Übertragung, verursachen. Diese Erleichterung ist das Ergebnis einer positiven Feedback- Schleife, welche die synaptische Aktivierung von prä- synaptischen Kainatrezeptoren durch die gesteigerte Freisetzung von Glutamat erhöht. Dies führt wiederum zu einer gesteigerten synaptischen Transmission und dadurch wird die Aktivität des prä-synaptischen Kainatrezeptors stimuliert. Die Calzium- Ionen machen es LY382884 möglich, eben genannten Prozesse zu blocken. Bei geringer Calzium- Ionen Konzentration wird die Mossfaser- LDT Freisetzung und die Erleichterung der Transmission durch GluR 5 Antagonisten blockiert. Bei hoher Calzium- Ionen Konzentration ist dies nicht mehr möglich. Ryanodin blockiert diese Prozesse ebenfalls, indem es die Calzium- Ionen aus den intrazellulären Depos freisetzt.

Gulkokortokoide

Glukokortikoide haben eine Wirkung auf fast alle Organe. Diese kann sehr vielfältig sein. Sie wirken auf den Kohlenhydrat- und Aminosäurenstoffwechsel indem die Glukosekonzentration im Blut durch Proteinabbau erhöht wird. Außerdem haben sie eine antiallergische Wirkung, sie hemmen die Synthese von Lymphokinen, die Histaminfreisetzung und stabilisieren zusätzlich die Lysosome. Des Weiteren haben sie einen Einfluss auf das Gehirn. Sie wirken auf die hypotalamischen Funktionen und können so eine Änderung im EEG sowie in der Psyche induzieren. Glukokortikoide werden bei physischem und psychischem Stress ausgeschüttet. In dieser Stresssituation können sie durch Stimulation des neuronalen Lernens die Gedächtniskapazität erhöhen. Bei vermehrter Ausschüttung kommt es zu einer Steigerung der GluR 6- Expression im Gyrus dentatus und in dem Hypocampus. Die Glukokortikoide haben eine nachweisbare Wirkung auf die im Gehirn aufzufindenden Astrozyten.10

Funktionsstörungen


Klinische Aspekte

Die AMPA- Rezeptoren setzen Neurotransmitter frei, die essentiell für Lern- und Erinnerungsprozesse sind. Eine Überaktivität kann das Nervensystem schädigen und den Neuronentod hervorrufen. Die Kainatrezeptoren sind für die Feinabstimmung bzw. die Balance zwischen neuronaler Inhibition und Exzitation verantwortlich.

Autismus

Die Ursache für Autismus wird in dem “several nucleotid polymorphism“ im GluR 6 Transkript gesehen, so soll eine Kontaktstörung der synaptischen Übertragung entstehen. Es können Punktmutationen durch einen Nukleotid Austausch verursacht werden. Entdeckt wurden drei Punktmutation, welche im Exon lokalisiert sind und drei welche in Introns zu finden sind. Diese Mutationen zeigen einen konservativen Aminosäuretausch. Die Mutation M8361 ist im Exon lokalisiert, dabei kommt es zum Tausch von Methionin gegen Isoleucin im C-terminalen Teil, welcher verantwortlich ist für die Organisation und elektrophysiologischen Eigenschaften. Durch die Veränderung im C-terminalen Teil des GluR 6 Proteins kann SAP90/PSD95 nicht mehr gebunden werden. Dadurch entsteht eine Veränderung der Rezeptorfunktion, z.B. wird die Desensitisierung vermindert, damit ist nachgewiesen, dass M8361 einen funktionellen Effekt hat.

Epilepsie

Wenn Glutamin in größeren Mengen in den medialen Kortex abgegeben wird, beschränkt sich das entstehende Potential auf diese Region. Das entstehende Potential kann durch AMPA- und Kainatrezeptoren leicht abgeschwächt werden, außerdem wird die neuronale Glutaminaufnahme gehemmt. Im Laborversuch wurden die Neuronen von Tieren mit Kainat behandelt, danach zeigten diese ein langanhaltendes EPSP, welches zum Auftreten von vielen Aktionspotentialen kurz hintereinander führte. Bei epileptischen Tieren zeigte sich nach der Unterbrechung der gluatmatergenen Transmission ein IPSP. Während eines epileptischen Anfalls kommt es zu einer massiven Hyperaktivität der kortikalen Neuronen. Ein stark erhöhter Anstieg von extrazellulären Kalium- Ionen sorgt für eine Depolarisation der Neuronen und eine Absenkung des Schwellenpotentials. Dies kann nur geschehen, weil die Gliazelle die große Menge an Kalium- Ionen nicht mehr aufnehmen kann. Dadurch entstehen generalisierte Krämpfe.(Horn et al, 2009)4

Spreading Depression

Nach einer starken lokalen Reizung z.B. einem Trauma kann es zu einer Ansammlung von Kalium- Ionen kommen, welche von den Gliazellen in diesen großen Mengen nicht abfangen werden können. Das Ruhepotential kehrt nicht mehr in den Normalzustand zurück und immer mehr Neuronen werden depolarisiert. Durch diesen Vorgang entsteht eine neue Zone von unerregbaren Neuronen. Nach solch einer Reizung kann es bis zu einigen Minuten dauern bis sich die normale Erregbarkeit wieder einstellt.

Neurotoxizität


Allgemein

Eine Natrium- und Chlorid- Ionen Aufnahme lässt die Zellen anschwellen. Unter dem Einfluss von Stress kommt es zu einem vermehrten Einstrom von Kalzium- Ionen. Dies hat einen „Overload“ zur Folge, welcher im Umkehrschluss zu einer Exitotoxizität führt. Wie Glutamat wirken endogene exzitatorische Transmitter in hohen Dosen und Aktivitäten neurotoxisch. Sie haben einen Einfluss auf Mitochondrien, Enzyme und Ionenströme. In den Mitochondrien kann es zu einer Akkumulierung von Calzium- Ionen kommen. Dieser Transport hat als treibende Kraft den Ionenkonzentrationsgradienten. Die ATP- Synthese wird reduziert, da ATP in den Mitochondrien wichtig ist um Calzium- Ionen aus der Zelle abzutransportieren (aktiver Ionentransport). Die vorliegende reduzierte ATP- Synthese und der wie oben beschriebene erhöhte Verbrauch von ATP sind die primären Gründe für Apoptose. Das Mitochondrium wird geschädigt, obwohl die Neuronen noch gesund erscheinen. Auch Enzyme können eine negative bzw. schädigende Wirkung auf die Zellen haben. Das Enzym Phospholipase A aktiviert Arachnidonsäure, diese verursacht eine ROS Produktion (Reaktive Oxigen Species), daraus entsteht wiederum das Phänomen des „Elektronenleakings“. Dieses hat zur Folge eine Schwellung der Zelle bis hin zur Apoptose.

Verteidigungsmechanismen der Zelle

Die Zellen aktivieren Antioxidantien, diese können Rezeptorantagonisten wie MK 801 sein. Außerdem fangen diese spezifischen Stoffe das ROS mit relativ großer Wirksamkeit ab. EGTA bindet Calzium- Ionen und verhindert somit das Anschwellen der Zelle. Neben der Aktivierung der Antioxidantien kommt es ebenfalls zu der Verminderung von freiem Glutamat.

Protektiver Effekt von Antioxidantien

Diese Verteidigungsmechanismen der Zelle beschützen Neuronen vor giftigen Effekten. Die Aktivierung von Antioxidantien beeinflusst die Rezeptorantagonisten wie MK 801. Sie können ROS abfangen und somit das Elektronenleaking verhindern. Des Weiteren werden durch EGTA (ethylene glycol tetraacetic acid) Calzium- Ionen gebunden und dadurch ein Überschuss an Ionen und die Überfüllung der Zelle verhindert. Forschungen zeigten, dass eine Behandlung von Neuronen mit SOD (74) oder SOD mimik die Wirkung von Kainatgiften drastisch reduzierte. Ebenso kann eine Behandlung mit Vitamin E und Trolox die Neuronen vor Neurotoxizität schützen. Daraus lässt sich schließen, dass oxidativer Stress eine Schlüsselkomponente für alle Formen der Glutamattoxizität darstellt. Eine besonders wichtige Rolle spielt hierbei der Sauerstoff in der Zelle, es ist eine kritische Komponente, welche die Neurotoxizität unterstützt. Die Mitochondrien sind die primären Quellen für den reaktiven Sauerstoff.

Literatur


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  • (4) Horn F., Armbruster M., Berghold S., Blaeschke F., Grillhösl C., Helferich S., Moc I., Pritsch M., Schneider N., Ziegler P., (Thieme Verlag, 2009), Biochemie des Menschen: (3) 427-429

  • (5) Silbernagel S., Despopoulos A., (Thieme Verlag, 2000), Taschenatlas der Physiologie: (1) 55

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  • (8) Schlumberger C., (Dissertation 2010), Die Rolle der metabotropen Glutamatrezeptoren der Gruppe I und II in Tiermodellen der Schizophrenie: (13) 62-74

  • (9) Leuschner W. D., (Dissertation 1998), Subunit-assembly of AMPA-type glutamate receptors: (6) 2-4. 8-10

  • (10) Wittmann M., (Dissertation 2001), Die Rolle metabotroper Glutamatrezeptoren bei der Modulation der erregenden und hemmmenden synaptischen Übertragung in der Substantia nigra pars reticulata: (6) 1-5


Bildquellen


Kainate (last edited 2012-12-06 17:03:26 by 3144D)