Propofol ist das am häufigsten verwendete Medikament zur Einleitung einer Vollnarkose. Trotz seiner häufigen klinischen Anwendung ist die genaue Art und Weise, wie Propofol eine Anästhesie verursacht, kaum bekannt.
In einer neuen Studie veröffentlicht in Molekularbiologie der Zelle, hat ein Team von Forschern des Rensselaer Polytechnic Institute eine zuvor unbekannte Propofol-Wirkung in Neuronen identifiziert. Die Studie ergab, dass die Propofol-Exposition den Prozess beeinflusst, durch den Neuronen Proteine, Biomoleküle, die die meisten Zellfunktionen erfüllen, an die Zelloberfläche transportieren.
Fast alle tierischen Zellen, einschließlich menschlicher Zellen, sind stark kompartimentiert und auf eine effiziente Bewegung von Proteinmaterial zwischen Kompartimenten angewiesen. Proteine werden von ihrem Syntheseort zu dem Ort bewegt, an dem sie ihre Funktion in kleinen Trägern, den Vesikeln, erfüllen. Dieser Transport muss effizient und hochspezifisch sein, um die zelluläre Organisation und Funktion aufrechtzuerhalten.
Das Forschungsteam wurde von Dr. Marvin Bentley geleitet, einem Assistenzprofessor am Department of Biological Sciences, dessen Labor den Vesikeltransport in Neuronen untersucht. Neuronen sind besonders auf den Vesikeltransport angewiesen, da Axone – die oft in Nervenbündeln organisiert sind – beim Menschen Entfernungen von bis zu 1 Meter überbrücken können. Fehler im Vesikeltransport wurden mit neurologischen und neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson in Verbindung gebracht.
Diese neue Studie ergab, dass Propofol eine Proteinfamilie namens Kinesine beeinflusst. Kinesine sind kleine „Motorproteine“, die Vesikel auf winzigen Filamenten, den Mikrotubuli, bewegen.
Dr. Bentleys Team beobachtete, dass die Vesikelbewegung von zwei prominenten Kinesinen, Kinesin-1 und Kinesin-3, in Zellen, die Propofol ausgesetzt waren, wesentlich reduziert war. Das Team zeigte dann, dass Propofol-induzierte Transportverzögerungen zu einer signifikanten Abnahme der Proteinzufuhr zu den Axonen führten.
„Der Mechanismus, durch den Propofol wirkt, ist noch nicht vollständig geklärt“, sagte Bentley. „Was wir entdeckten, war unerwartet: Propofol veränderte den Transport von Vesikeln in lebenden Neuronen.“
Insgesamt trägt die Forschung wesentlich zu unserem Verständnis der Wirkungsweise von Propofol bei. Die meisten Studien, die sich mit dem anästhetischen Mechanismus von Propofol befassen, konzentrierten sich auf seine Wechselwirkung mit einem Ionenkanal namens GABAA-Rezeptor, der bei Aktivierung die Neurotransmission hemmt.
Diese neue Studie zeigt, dass der Vesikeltransport ein zusätzlicher Mechanismus ist, der für die anästhetische Wirkung von Propofol wichtig sein könnte. Die Entdeckung dieses neuen Propofol-Effekts hat wichtige Anwendungen für die menschliche Gesundheit und kann zur Entwicklung besserer Anästhetika führen.
„Durch den Einsatz modernster Live-Cell-Imaging-Technologien hat das Team von Dr. Bentley unser Verständnis des Wirkungsmechanismus eines weit verbreiteten Medikaments erweitert, das sich bereits täglich auf die menschliche Gesundheit auswirkt“, sagte Curt M. Breneman , Dekan der School of Science. „Die Forschung von Dr. Bentley könnte den Weg für die Entwicklung verwandter Verbindungen ebnen, die dieselben Mechanismen nutzen, um schwächende neurodegenerative Erkrankungen zu bekämpfen.“
Neben Dr. Bentley wurde die Studie von Dr. Susan P. Gilbert, Leiterin der Abteilung für biologische Wissenschaften bei Rensselaer, und den Doktoranden Madeline Frank und Alec T. Nabb mitverfasst.
Mehr Informationen:
Madeline Frank et al, Propofol dämpft Kinesin-vermittelten axonalen Vesikeltransport und -fusion, Molekularbiologie der Zelle (2022). DOI: 10.1091/mbc.E22-07-0276