Members of the K2P channel family (two pore-domain K+ channels) have gained particular attention, because as background channels they can control the membrane potential of excitable cells. Considering their manifold modulation by physicochemical and pharmacological stimuli, they provide a potential target to influence cellular activity. TASK-3 is the K2P channel that shows the widest distribution throughout the brain. One of the most striking properties of TASK channels is their sensitivity to variations in extracellular pH. Special interest in TASK-3 channels arises from their responsiveness to a range of pharmacological agents. An interesting characteristic is their activation by volatile anesthetics and inhibition by local anesthetics. Furthermore, TASK-3 channels are inhibited by several neurotransmitters such as serotonin and noradrenaline. Inasmuch, TASK-3 might be a promising target for pharmacological intervention. A detailed analysis of the distribution of the channel can help to gain insight into its biological function, which is the requirement for any therapeutic use. Therefore, a monospecific anti-TASK-3 antibody was prepared and used to study the distribution of the TASK-3 protein in the rat brain. Polyclonal anti-TASK-3 antibodies were raised in rabbits, freed from cross reactivities and affinity purified to gain a monospecific antibody. Detailed characterization of the antibody by ELISA and western blot analyses showed that the antibody specifically recognized the recombinant as well as the native TASK-3 protein. TASK-3 demonstrated a widespread but not ubiquitous distribution throughout the rat brain. Immunoreactive neurons were found in all areas examined, from the forebrain to the spinal cord. Very strong TASK-3 expression was detected in serotoninergic dorsal raphe neurons, noradrenergic locus coeruleus neurons, cholinergic neurons in the basal nucleus of Meynert and the striatum and all motoneurons. Considerable expression was also found in histaminergic tuberomammillary neurons. In the dopaminergic system strong TASK-3 expression was found in some neurons of the VTA, whereas neurons of the substantia nigra compacta were only weakly labeled. Results were confirmed by in situ hybridization with TASK-3 specific riboprobes and immunofluorescence double- labeling experiments with appropriate marker enzymes. Monoaminergic and cholinergic neurons are supposed to be affected in many neuropsychiatric disorders. Strong and differential expression of TASK-3 in these neurons suggests that channel expression may be affected under several pathological conditions. Furthermore, pharmacological modulation of TASK-3 channels may help to restore cellular excitability of lesioned cells or compensate for dysregulations of monoaminergic and cholinergic systems.
Die Mitglieder der K2P-Kanäle (Zwei-Porendomänen K+ Kanäle) haben in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit erhalten, da sie als Hintergrundkanäle das Membranpotential erregbarer Zellen kontrollieren können. Aufgrund ihrer vielfältigen Modulation durch physikalische, chemische und pharmakologische Reize bieten sie ein mögliches Ziel um die Erregbarkeit von Zellen zu beeinflussen. TASK-3 zeigt unter allen K2P-Kanälen die weiteste Verbreitung im Gehirn. Das besondere Interesse an TASK-3-Kanälen beruht unter anderem auf ihrer Empfindlichkeit gegenüber einer Reihe an pharmakologischen Wirkstoffen. Eine interessante Eigenschaft ist die Hemmung des Kanals durch Lokalanästhetika sowie ihre Aktivierung durch Inhalationsanästhetika. Des Weiteren werden TASK-3 Kanäle durch eine Reihe an Neurotransmittern gehemmt, darunter Serotonin und Noradrenalin. Aufgrund dieser Charakteristika bieten TASK-3-Kanäle ein viel versprechendes Ziel für eine mögliche pharmakologische Intervention. Eine detaillierte Untersuchung der Verteilung des Kanals im Gehirn könnte dabei helfen, seine spezifischen Funktionen besser zu verstehen und damit die Voraussetzungen für eine therapeutische Nutzung der Kanalmodulation zu schaffen. Aus diesem Grund wurde ein monospezifischer anti- TASK-3 Antikörper hergestellt und dazu genutzt die Verteilung des TASK-3 Proteins im Gehirn der Ratte zu untersuchen. Polyklonale anti-TASK-3 Antikörper wurden durch die Immunisierung von Kaninchen gewonnen, von Kreuzreaktivitäten befreit und Affinitätsaufgereinigt um einen monospezifischen Antikörper zu erhalten. Eine detaillierte Charakterisierung des Antikörpers in Western Blot und ELISA Analysen zeigte, dass der Antikörper nur das rekombinante sowie das native TASK-3 Protein erkennt. Immunzytochemische Experimente zeigten eine weite Verbreitung des Kanalproteins im Gehirn. Immunreaktive Neurone wurden in allen untersuchten Arealen, vom Vorderhirn bis in das Rückenmark, beobachtet. Eine besonders starke Expression wurde in serotonergen Neuronen der Dorsalen Raphe, noradrenergen Neuronen des Locus coeruleus sowie cholinergen Neuronen im Nucleus Basalis Meynert und Striatum sowie in allen Motoneuronen beobachtet. Außerdem zeigten histaminerge Neurone des Nucleus tuberomammillaris eine deutliche Immunreaktivität. Innerhalb des dopaminerges Systems wurde eine starke TASK-3 Expression in einzelnen Neuronen der VTA beobachtet, wohingegen Neurone der Substantia nigra compacta nur sehr schwach positiv waren. Alle Ergebnisse wurden durch den Nachweis von TASK-3 mRNA mit Hilfe TASK-3-spezifischer Ribosonden und über eine Immunfluoreszenz-Doppelmarkierung mit Antikörpern gegen entsprechende Markerenzyme bestätigt. Vielen neuropsychatrischen Erkrankungen liegen Störungen oder Dysregulationen monoaminerger oder cholinerger Systeme zugrunde. Die starke und differenzierte Expression von TASK-3 in Neuronen dieser Systeme könnte darauf hindeuten, dass eine veränderte Kanalexpression oder Funktion eine Rolle bei der Entstehung verschiedener pathologischer Zustände spielt. Außerdem könnte möglicherweise über eine pharmakologische Modulation von TASK-3 Kanälen die Erregbarkeit geschädigter Zellen wieder hergestellt oder eine Dysregulationen monoaminerger und cholinerger Systeme kompensiert werden.
