Calciumsensitivität

Calciumsensitivität bezeichnet die Empfindlichkeit von Zellen, Geweben oder ganzen Organismen gegenüber Calciumionen (Ca2+). Sie beschreibt, wie stark Ca2+-Signale eine physiologische Reaktion auslösen oder verstärken, etwa die Aktivierung von Enzymen, die Kontraktion glatter oder quergestreifter Muskulatur, die Freisetzung von Neurotransmittern oder die Regulation der Genexpression. Die Calciumsensitivität wird durch Ca2+-bindende Sensorproteine, wie Calmodulin oder Troponin C, sowie durch die Anordnung von Signalwegen, Kinase- und Phosphatreaktionen und durch die Verfügbarkeit von Ca2+-Kanälen und Organellen bestimmt.

In vielen Zellen wirkt Ca2+ als zweiter Botenstoff. Ca2+-Freisetzung erfolgt aus dem Endoplasmatischen Retikulum über IP3-Rezeptoren, und Ca2+-Einstrom durch spannungsabhängige oder ligandengesteuerte Kanäle ergänzt dies. Ca2+ bindet an Sensoren wie Calmodulin, die weitere Enzyme wie CaMKII oder die MLCK aktivieren und so Prozesse steuern.

Auf zellulärer Ebene existieren auch extrazelluläre Calciumsensoren. Der Calcium-sensing receptor (CaSR) in der Parathyroiddrüse und in der Niere registriert das Extrazellularkalzium und modifiziert Parathormonsekretion, Calciumreabsorption und Vitamin-D-Aktivierung, wodurch die Calciumhomöostase reguliert wird.

Der Begriff der Calciumsensitivität umfasst auch Mechanismen, die die Reaktion auf gegebenes Ca2+ erhöhen, ohne den Ca2+-Spiegel zu verändern. Man spricht von Calcium-Sensitisierung; Beispiele sind der RhoA/ROCK-Weg in der glatten Muskulatur, der die Myosin-Leichtkettenkinase aktiviert, oder pharmakologische Calcium-Sensitizer wie Levosimendan, der die Ca2+-Empfindlichkeit der Myofilamente erhöht und so die Kontraktilität steigert.

Störungen der Calciumsensitivität können die Calciumhomöostase sowie Neuromuskulatur oder Herzfunktion betreffen und sind Gegenstand von Grundlagenforschung und klinischen Anwendungen.