Study on the interaction of activating and inhibitory nucleotides in the regulation of SUR1/Kir6.2-channels

Die Offenwahrscheinlichkeit ATP-sensitiver Kaliumkanäle wird ganz wesentlich durch zytosolische Nukleotide bestimmt. Während die Bindungsstelle für inhibitorisches ATP oder ADP auf der Kir6.2-Untereinheit lokalisiert ist, vermitteln MgADP und MgGDP ihre aktivierende Wirkung über die SUR-Untereinheit. An rekombinanten SUR1/Kir6.2-Kanälen wurden die bei der Regulation der Kanalaktivität durch Nukleotide beteiligten Mechanismen näher untersucht. (I) Während freies ADP in Abwesenheit von Magnesium die Offenwahrscheinlichkeit der SUR1/Kir6.2-Kanäle mit hoher Potenz unterdrückte, wurde bei gleichzeitigem Vorliegen von MgADP eine deutlich verminderte inhibitorische Potenz von ADP beobachtet. Vermutlich versetzt die MgADP-induzierte Kanalaktivierung die inhibitorische Bindungsstelle auf Kir6.2 in einen niederaffinen Zustand, der sich vom hochaffinen durch den Gating-Mechanismus unterscheidet. (II) Ferner zeigte sich, dass in Gegenwart millimolarer ATP-Konzentrationen die aktivierende Potenz von MgGDP stark reduziert ist. Die Untersuchungen stützen die These, dass MgATP mit einer zusätzlichen Bindungsstelle auf dem SUR interagiert, die negativ allosterisch an die Bindungsstelle für aktivierende Nukleotide gekoppelt ist. (III) Die an SUR1/Kir6.2E23K-Kanälen durchgeführten Untersuchungen stützen die Schlussfolgerung, dass der E23K-Polymorphismus für Typ 2 Diabetes prädisponiert, indem er über eine reduzierte ATP-Empfindlichkeit des Kanals bei gleichzeitig erhöhter Empfindlichkeit gegenüber aktivierendem MgADP eine diskrete Zunahme der Offenwahrscheinlichkeit induziert.The open probability of ATP-sensitive K+ channels is mainly determined by cytosolic nucleotides. While the binding site for inhibitory ATP or ADP is formed by the Kir6.2 subunit, channel opening through MgADP or MgGDP is mediated by interaction with the sulfonylurea receptor (SUR). Using the patch-clamp-technique on recombinant SUR1/Kir6.2-channels the mechanisms underlying channel control by nucleotides were examined. (I) In the abscence of magnesium ADP potently closed the channel while in the presence of MgADP ADP´s inhibitory potency was strongly reduced. The data suggest that MgADP-induced channel activation shifts the inhibitory binding site on Kir6.2 to a low affinity state which is characterized by a different type of gating. (II) Moreover MgGDP´s activatory potency was strongly reduced in the presence of millimolar ATP concentrations. The results support the assumption that MgATP interacts with an additional nucleotide binding site on SUR. The site is coupled by negative allosterism to the binding site for activatory nucleotides. (III) Experiments performed on SUR1/Kir6.2E23K channels support the conclusion that the E23K polymorphism predisposes to type 2 diabetes by reducing ATP-sensitivity besides increasing sensitivity toward activatory MgADP thereby inducing a discrete increase in channel open probability