In vitro farmacologie van Kv kanalen: nieuwe denkwijzen van diversificatie en modificatie

Promovendus/a: Jeroen Stas

Promotor(en): Dirk Snyders, Alain Labro, Jan Tytgat

Spanningsafhankelijk kalium (Kv) kanalen zijn belangrijk voor de cellulaire exciteerbaarheid waarbij hun rol in verschillende (patho)fysiologische processen reeds beschreven is. Kv kanalen zijn bijgevolg een belangrijke doelgroep voor farmacotherapie voor de behandeling van verschillende hyperexciteerbaarheid-gerelateerde aandoeningen, metabole ziektes en ze zijn zelfs een doelwit voor neuroprotectie voor de behandeling van neurodegeneratieve ziektes. Echter, de grote diversiteit aan Kv kanalen en hun complexe regulatie door cellulair processen zoals associate met b-subeenheden en posttranslationele modificaties, maakt hun farmacotherapie moeilijk.

Recent werden verscheidene nieuwe ‘lead compounds’ ontdekt uit het gif van verschillende dieren zoals zeeanemonen en schorpioenen. Samen met de ontrafeling van verscheidene cellulaire processen die Kv kanalen moduleren, heeft dit geleid tot de ontwikkeling van verschillende, nieuwe Kv kanaal specifieke drugs. In deze doctoraatsthesis dragen we bij tot de verdere ontrafeling van de modulerende cellulaire processen en Kv kanaal farmacologie in het algemeen door het bestuderen van volgende drie aspecten:

(i) Desondanks het gif van zeeanemonen een enorme impact heeft gehad op het ‘drug discovery’ process, blijft het een groot onverkend domein voor de ontdekking van nieuwe ‘lead compounds’. In deze studie onderzochten we of een recent ontdekt zeeanemoon toxine (BcgTx) een invloed had op Kv kanalen door middel van in vitro farmacologisch onderzoek. Met behulp van de patch clamp techniek ontdekte we dat BcgTx het eerst ontdekte peptide toxine is dat een effect heeft op het Kv1.4 en Kv1.5 kanaal. Daarnaast is BcgTx het eerste toxine dat via een gating modifier mechanism op de Kv1 kanalen werkt.

(ii) Leden van de ‘stille’ (KvS) subfamilies worden gezien als interessante doelwitten voor farmacotherapie vanwege hun uniek expressie patroon en verplichte heterotetramerisatie met leden van de Kv2 subfamilie. Er is echter weinig gekend over hun farmacologisch profile en tevens over het onderliggende mechanisme waarmee ze de farmacologie van de Kv2 kanalen wijzigen. In deze doctoraatsthesis vonden we dat de KvS subeenheden, en voornamelijk Kv6.4, een drastiche impact hebben op het farmacologisch profiel van Kv2 kanalen. De KvS subeenheden hebben bijgevolg een uniek farmacologisch profiel wanneer ze aanwezig zijn in een heterotetrameer Kv2/KvS kanaal complex.

(iii) Verschillende Kv kanaal specifieke drugs worden gebruikt voor de behandeling van bepaalde aandoeningen. Recent heeft de vaststelling van toxische nevenwerkingen vanwege langdurige blootstelling hun gebruik beperkt en wordt de vraag gesteld of er mogelijks andere, ‘off-target’, Kv kanalen betrokken zijn bij deze observaties. We hebben enkele van deze drugs onderzocht en vastgesteld dat sommigen in staat zijn om andere Kv kanalen op een onomkeerbare manier te inhiberen.