Cyclo-Nucleotid-gekoppelte Proteinkinasen (CNG-Kinasen) sind eine Klasse von Enzymen, die an der Signaltransduktion in verschiedenen Zelltypen beteiligt sind. Sie werden als "cyclo-nucleotid-gekoppelt" bezeichnet, weil ihre Aktivität durch die Bindung von cyclischen Nukleotiden wie cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat) oder cGMP (cyclisches Guanosinmonophosphat) reguliert wird.

CNG-Kinasen sind Serin/Threonin-Proteinkinasen, die durch die Bindung von cyclischen Nukleotiden an ihre regulatorische Domäne aktiviert werden. Die Aktivierung führt zu einer Konformationsänderung des Enzyms, die wiederum die katalytische Domäne aktiviert und so die Phosphorylierung von Substratproteinen ermöglicht.

CNG-Kinasen sind an verschiedenen zellulären Prozessen beteiligt, wie beispielsweise der Regulation des Calcium-Haushalts, der Sensorik und dem Geruchssinn sowie der Neurotransmission. Mutationen in CNG-Kinasen können zu verschiedenen Erkrankungen führen, darunter Retinitis pigmentosa und andere Formen von erblicher Blindheit.

Cyclische Nukleotide sind chemische Verbindungen, die bei biochemischen Signaltransduktionsprozessen in Zellen eine wichtige Rolle spielen. Sie bestehen aus drei Teilen: einem fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Zucker (Ribose oder Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer Nukleinbase.

Im Gegensatz zu nicht-cyclischen Nukleotiden, wie ATP oder ADP, besitzen cyclische Nukleotide eine zusätzliche Etherbrücke zwischen dem 3'- und 5'-Kohlenstoffatom des Zuckers. Diese Ringstruktur verleiht cyclischen Nukleotiden eine höhere Stabilität und Reaktivität im Vergleich zu ihren nicht-cyclischen Gegenstücken.

Es gibt zwei Arten von cyclischen Nukleotiden, die in der Zelle vorkommen: cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP) und cyclisches Guanosinmonophosphat (cGMP). Diese beiden cyclischen Nukleotide sind wichtige second messenger und regulieren eine Vielzahl von zellulären Prozessen, wie beispielsweise Stoffwechselvorgänge, Genexpression, Zellteilung und -wachstum sowie die Reaktion auf äußere Reize.

Die Bildung von cyclischen Nukleotiden erfolgt durch die Aktivität von Enzymen, den sogenannten Nukleotidcyclasen, die die Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) oder Guanosintriphosphat (GTP) katalysieren und so cAMP bzw. cGMP produzieren. Das Abbauen der cyclischen Nukleotide wiederum wird durch Phosphodiesterasen ermöglicht, die die Etherbrücke hydrolysieren und somit das cyclische Nukleotid in ein nicht-cyclisches Nukleotid umwandeln.

Hyperpolarization-Activated Cyclic Nucleotide-Gated (HCN) Channels sind eine Klasse von Ionenkanälen, die durch Hyperpolarisation der Zellmembran aktiviert werden und eine selektive Permeabilität für Natrium (Na+) und Kalium (K+) Ionen aufweisen. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Regulation des Membranpotentials von verschiedenen Zelltypen, einschließlich Neuronen und Herzmuskelzellen.

HCN Kanäle werden durch zyklische Nukleotide wie cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat) und cGMP (cyclisches Guanosinmonophosphat) moduliert, die an einen intrazellulären Domain binden und so die Kanalkinetik beeinflussen. Die Aktivierung von HCN Kanälen führt zu einem Ionenfluss in die Zelle hinein, was eine Depolarisation des Membranpotentials zur Folge hat.

Es gibt vier verschiedene Isoformen von HCN Kanälen (HCN1-4), die sich in ihrer Aktivierungsgeschwindigkeit, Sensitivität gegenüber zyklischen Nukleotiden und räumlichen Verteilung unterscheiden. Mutationen in den Genen, die für HCN Kanäle kodieren, können zu verschiedenen Erkrankungen führen, wie zum Beispiel Herzrhythmusstörungen und neurologischen Erkrankungen.

Cyclic Nucleotide-Gated (CNG) Cation Channels sind membranöse Proteinkomplexe, die in der Zellmembran von verschiedenen Sinneszellen, wie zum Beispiel Photorezeptoren und Olfaktorys neuronen, lokalisiert sind. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Transduktion von Reizen in diese Sinneszellen.

CNG-Kanäle werden durch die Bindung von cyclischen Nukleotiden wie cGMP (cyclisches Guanosinmonophosphat) oder cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat) aktiviert, die als second Messenger in zellulären Signaltransduktionswegen fungieren. Die Bindung des cyclischen Nukleotids führt zu einer Konformationsänderung des Proteins, wodurch sich der Ionenkanal öffnet und cationen wie Natrium (Na+) und Calcium (Ca2+) in die Zelle einströmen.

Die Aktivierung von CNG-Kanälen trägt zur Erregung von Sinneszellen bei, indem sie das Membranpotential der Zelle verändert und somit Nervenimpulse auslöst. Die genaue Ionenkomposition des Stroms durch CNG-Kanäle kann je nach Zelltyp variieren, aber Natrium- und Calciumeinstrom sind in der Regel die vorherrschenden Ionenströme.

Mutationen in den Genen, die für CNG-Kanäle codieren, können zu verschiedenen Erkrankungen führen, wie zum Beispiel Retinitis pigmentosa, einer erblichen Netzhautdegeneration, und angeborener Taubheit.