Die Neurotransmitter Dopamin und Serotonin werden durch membranständige Transporter, den Dopamintransporter (DAT) bzw. den Serotonintransporter (SERT), aus dem synaptischen Spalt entfernt und in das präsynaptische Neuron zurückgepumpt. Dieser thermodynamisch ungünstige Prozess ist möglich, da die Transporter den elektrochemischen Natriumgradienten nutzen und den Transport der Neurotransmitter mit der Aufnahme von Natrium koppeln. Abgesehen von ihrer Rolle bei der Neurotransmitterwiederaufnahme sind der DAT und der SERT auch von entscheidendem pharmakologischem Interesse, da sie die molekularen Hauptangriffspunkte von Psychostimulantien (Amphetamin, Kokain) und Antidepressiva sind. Antidepressiva (z.B. Fluoxetin, Citalopram) und Kokain inhibieren diese Transporter kompetitiv und verhindern dadurch die Wiederaufnahme von Dopamin und Serotonin. Im Unterschied dazu sind Amphetamine (z.B. ,Speed' ,Ecstasy') Substrate an beiden Transportern, die nicht nur mit der Wiederaufnahme der endogenen Neurotransmitter Dopamin und Serotonin konkurrieren, sondern den eigentlichen Transportvorgang umkehren und einen sogennanten "reversen Transport" induzieren. Der Mechanismus dieses reversen Transports hängt einerseits von Ionengradienten ab, wird aber auch von intrazellulären Proteinkinasen beeinflusst. Es wurde gezeigt, dass die Serin-/Threoninkinase Ca2+/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II a (aCaMKII) direkt an den Carboxylterminus des DAT bindet und Serine am Aminoterminus phosphoryliert. Pharmakologische Hemmung der aCaMKII führt zu einer signifikanten Reduktion in der Amphetamin-induzierten DAT-vermittelten Substratfreisetzung in Zellen und in striatalen Hirnschnitten aus der Ratte. Im Rahmen meiner Dissertation habe ich versucht herauszufinden, ob die Interaktion zwischen der aCaMKII und dem DAT auch physiologisch relevant ist. Dabei habe ich auf verschiedene Mausmodelle zurückgegriffen und gefunden, dass eine genetische Deletion der aCaMKII bzw. eine genetisch-induzierte Mutation an einer für die aCaMKII entscheidenden Aminosäure den Amphetamin-induzierten reversen Transport signifikant reduzieren. Zusätzlich habe ich ein Mausmodell des Angelman Syndroms (AS) untersucht. AS Patienten leiden an einer Reihe von motorischen Defiziten und weisen autistische Züge auf. Diese Symptome legen eine Störung des dopaminergen und serotonergen Systems nahe. Weiters haben AS Mäuse eine permanent inhibierte Form der aCaMKII.
Im Einklang mit den bisherigen Befunden, habe ich in den AS-Mäusen eine Reduktion in der Amphetamin-induzierten DAT-vermittelten Freisetzung gefunden. Dieser Befund deutet auf ein dysfunktionales Dopaminsystem in AS Patienten hin. Um herauszufinden, ob die Interaktion zwischen dem DAT und der aCaMKII auch in vivo eine Rolle spielt, habe ich eine Reihe von verhaltenspharmakologischen Experimenten durchgeführt und gefunden, dass die lokomotorische Induktion durch Amphetamin in Mäusen ohne aCaMKII geringer ist als in Kontrolltieren. Zusätzlich habe ich gefunden, dass Mäuse ohne aCaMKII erhöhte extrazelluläre Dopaminlevel haben, die vermutlich durch eine Steigerung in der vesikulären Dopaminfreisetzung begründet sind. Nachdem der SERT eine hohe Homologie mit dem DAT aufweist, habe ich auch untersucht, ob der SERT durch die aCaMKII beeinflusst wird. Experimente in Zellen und ex vivo Hirnpräparationen aus der Maus zeigten, dass der reverse Transport auch am SERT abhängig von der aCaMKII ist. Biochemische Experimente legen außerdem nahe, dass der SERT direkt mit der aCaMKII interagiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Amphetamin-induzierte reverse Transport sowohl am DAT als auch am SERT von der aCaMKII moduliert wird und dass eine Störung dieser Interaktion möglicherweise in Zusammenhang mit den motorischen und autistischen Symptomen von AS Patienten steht.