A megfelelő sejtműködés fenntartásához elengedhetetlen az intracelluláris kalciumion koncentráció ([Ca2+]IC) precíz szabályozása. A szabályozás fontos eleme a szarkoplazmás retikulum (SR) Ca2+ csatornája, a rianodin receptor (RyR), ami számos sejttípus [Ca2+]IC-nak a megemelésében szerepel. Fontosságát jól mutatja, hogy a RyR genetikai hiánya az élettel összeegyeztethetetlen, pontmutációi pedig olyan rendellenes csatornaműködést eredményeznek, amely szívritmuszavarokhoz, izomgyengeséghez, vagy éppen fokozott izomtónushoz, malignus hipertermia szindrómához (MHS) vezethetnek. Ezeket a kórképeket összefoglaló néven rianopátiáknak nevezzük. Munkánk során azt próbáljuk megérteni, hogy a RyR működését érintő, molekuláris szintű elváltozások hogyan függenek össze a vázizmokat és a szívet érintő tünetekkel, és hogy ezek a kóros folyamatok gyógyszeres terápiával hogyan fordíthatók vissza. Az irodalomban elfogadott tény, hogy ha a kardiomiociták SR Ca2-töltöttsége meghalad egy bizonyos küszöbértéket, akkor a szívizom típusú RyR (RyR2) diasztoléban megnyílik, ami aritmiák kialakulásához vezet. Jelenleg azonban nem tisztázott, hogy a vázizom típusú RyR (RyR1) pontmutációi miatt kialakuló leggyakoribb kórkép – az MHS – hátterében szintén hasonló molekuláris mechanizmus áll-e. Ezért vizsgálataim ennek kiderítésére irányultak. Az MHS a mutáns RyR1-ek illékony altatógázokkal szembeni halálos kimenetelű, túlérzékenységi reakciója. A legelterjedtebb nézet szerint a rianopátiák közös jellemzője a RyR SR [Ca2+]-ja iránti túlérzékenysége, de az ezzel kapcsolatos eredmények ellentmondásai miatt a hipotézis MHS esetén ellenőrzésre szorult. Az ellentmondások oka a SR lumen felé néző Ca2+-kötőhelyek szelektív vizsgálatának nehézsége, ugyanis a Ca2+ a RyR pórusán keresztül a citoplazmatikus oldalra átjutva az ott található Ca2+-kötőhelyeken keresztül is befolyásolhatja a csatorna működését, ami megnehezíti a luminális kötőhelyek szerepének elkülönítését. A probléma áthidalása érdekében a RyR Ca2+ általi szabályozásának vizsgálatára a Ca2+ helyett egy másik specifikus, de impermeábilis ligandot, az Eu3+-t használtuk, ami a RyR Ca2+-kötőhelyeinek oldalszelektív vizsgálatát tette lehetővé, így az MHS kórélettani folyamatának részleteit segített tisztázni. Az egyetlen, MHS krízisben alkalmazható forgalomban lévő gyógyszer a nem-depolarizáló izomrelaxáns dantrolen, aminek a klinikai bevezetése az MHS miatti halálozások számát látványosan lecsökkentette. Bár a szert 1967 óta használják, pontos hatásmechanizmusa részleteiben máig tisztázatlan. A RyR1-hez való specifikus kötődését már régen igazolták, a hatásával kapcsolatos tudományos bizonytalanság oka az a régi megfigyelés, hogy míg intakt vázizomrostokban a dantrolen RyR1-specifikus módon képes gátolni a Ca2+-felszabadulást, a csatornafehérje tisztításával és mesterséges lipid membránba építésével a dantrolen iránti érzékenység látszólag elvész. Munkánk során feltártuk az érzéketlenség okát és megmutattuk, hogy a dantrolen általi gátláshoz Mg2+ és ATP együttes jelenléte szükséges.

Precise regulation of intracellular calcium ion concentration ([Ca2+]IC) is essential to maintain proper cellular function. An important component of this regulation is the sarcoplasmic reticulum’s (SR’s) Ca2+ channel, the ryanodine receptor (RyR), which is involved in elevating [Ca2+]IC in many cell types. The importance of RyR is shown by the fact that its genetic deficiency is incompatible with life and its point mutations result in abnormal channel function that can lead to cardiac arrhythmias, muscle weakness or even increased muscle tone and malignant hyperthermia syndrome (MHS). These diseases are collectively known as ryanopathies. Our work aims to understand how molecular-level alterations in RyR function are linked to the skeletal muscle and heart symptoms, and how these abnormalities can be reversed by drug therapy. My research focused on the most common disease; malignant hyperthermia syndrome (MHS), which is caused by point mutations in skeletal muscle-type RyR (RyR1). MHS is a lethal hypersensitivity reaction of mutant RyR1s to volatile anesthetic gases. It is thought that a common feature of ryanopathies is hypersensitivity of RyR to SR [Ca2+], but the controversy of the results on this hypothesis in MHS has required verification. The reason for the discrepancies is the difficulty of selective investigation of the Ca2+ binding sites facing the SR lumen, since Ca2+ can also affect the channel function by passing through the pore of the RyR to the cytoplasmic side (‘feed-through’), making it difficult to isolate the role of luminal binding sites. To overcome this problem, another specific but impermeable ligand; the Eu3+, was introduced in this study, which allowed side-selective analysis of the Ca2+-binding sites of RyR, thus helping to elucidate details of the pathophysiology of the MHS. The only available drug to treat MHS crisis is the non-depolarising muscle relaxant dantrolene. The clinical introduction of the dantrolene has dramatically reduced the number of deaths from MHS. Although it has been used since 1967, the exact mechanism of action is still unclear. Its specific binding to RyR1 has long been demonstrated, and the scientific uncertainty about its action is due to the long-standing observation that while dantrolene can inhibit Ca2+-release in intact skeletal muscle fibres in a RyR1-specific manner, by clearing the channel protein and incorporating it into an artificial lipid membrane, sensitivity to dantrolene appears to be lost. In our work, we have elucidated the cause of this insensitivity and shown that inhibition by dantrolene requires the combined presence of Mg2+ and ATP.