Wie die Beeinflussung eines Ionenkanals zu Rhythmusstörungen führen kann

Patienten, deren Herzkranzgefässe verengt sind, sind besonders gefährdet: Erhöhte Belastung, zuviel Stresshormone im Blut können zu lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen führen, einer Hauptkomplikation der koronaren Herzkrankheit.

Dabei spielen „Ionenkanäle“ eine Rolle, winzige Eiweißporen in der Wand der Herzmuskelzellen, die u.a. dafür sorgen, dass sich der Herzmuskel regelmäßig kontrahiert und danach wieder erschlafft. Dr. Christoph Karle und seinem Forschungsteam in der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg (Abteilung Kardiologie, Angiologie und Pulmologie), ist es gelungen, die Funktion eines dieser Ionenkanäle im Herzen aufzuklären. Für diese Arbeit erhält er den Nachwuchswissenschaftlerpreis 2003 der Medizinischen Fakultät Heidelberg, der vom Naturhistorischen-Medizinischen Verein Heidelberg gestiftet wurde. Seine Arbeit könnte einen wichtigen Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Medikamente gegen Herzrhythmusstörungen bieten.

Auf Stress reagiert der Körper mit der Ausschüttung von Hormonen wie Noradrenalin und Adrenalin. Im Herz lösen sie eine Signalkaskade aus, die sich letztlich in den Ionenkanälen der Zellwand niederschlägt. Eine besondere Aufgabe haben Kanäle, durch die Kalium in und aus der Zelle strömen kann. Ist die Muskelkontraktion abgeschlossen, werden sie geöffnet: Durch den Ausstrom von Kalium kann sich die Zelle elektrisch erholen. Veränderungen an diesen Kanälen haben gravierende Folgen: Die Herzzellen sind elektrisch überhitzt, es kann zu Herzrhythmusstörungen und in der Folge sogar zu Herzversagen kommen.

Angeborene Herzrhythmusstörung half den Forschern auf die Sprünge

Eine gefährliche Rhythmusstörung ist die „Kammertachykardie“, eine überhöhte Schlagfrequenz der beiden Herzkammern. Betroffen sind u.a. Patienten, die an einem angeborenen langen QT-Syndrom leiden. Bei ihnen ist der Ausstrom von Kaliumionen aus den Herzzellen verlangsamt. Dies ist an einer verlängerten QT-Strecke im EKG zu erkennen, die eine überlange Erregung des Herzmuskels charakterisiert. Plötzliches Herzjagen, Schwindel und Ohnmachtsanfälle sind häufige Beschwerden. Als Ursache konnten molekulare Veränderungen an den Ionenkanälen des Herzens identifiziert werden.

Bislang sind mehrere QT-Syndrome bekannt, die auch Kaliumkanäle betreffen, darunter den Kanal, der durch das sogenannte HERG Protein gebildet wird. Patienten, die unter diesem langen QT-Syndrom leiden, bekommen bei Stress ganz besonders leicht Herzrhythmusstörungen. Dies ist auch der Grund, weshalb gerade HERG untersucht wurde. Der Kanal könnte auch bei anderen stressbedingten Herzrhythmusstörungen, z.B. bei einer koronaren Herzkrankheit, ursächlich beteiligt sein.
Dr. Christoph Karle und seinen Mitarbeitern ist es gelungen die molekularen Schlüsselstellen zu charakterisieren, die für die Regulation des „HERG“ Kaliumkanals in Stressituationen von Bedeutung sind. „Durch Messung der Ionenströme an isolierten Herzzellen und den Einsatz hemmender Substanzen konnten wir gezielt in die Signalkaskade eingreifen“, erläutert Dr. Karle. Er konnte zeigen, dass weitere Botenmoleküle das Schlüsselmolekül Proteinkinase A aktivieren. „Es gibt das Signal an den HERG Kanal weiter. Der Kanal wird dadurch gehemmt und der Ausstrom von Kaliumionen aus der Herzzelle verlangsamt“, erklärt Dr. Karle. Hält die Hemmung an, können sich die Herzzellen nicht mehr erholen. Herzrhythmusstörungen können die Folge sein. Eine gezielte molekulare Veränderung des Kanals verhindert hingegen die Hemmung des Kanals.

Möglicher Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Medikamente

Der Regulationsmechanismus des HERG Kanals gibt den Forschern einen besseren Einblick in die Entstehung von Herzrhythmusstörungen. Die Wissenschaftler vermuten, dass andere Ionenkanäle des Herzens auf ähnliche Wiese reguliert werden. Die Ergebnisse stellen einen Ansatzpunkt zur Entwicklung von Medikamenten dar, die gezielt in den Signalweg eingreifen können und Herzrhythmusstörungen verhindern helfen.