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Ludwig A, Budde T, Stieber J, Moosmang S, Wahl C, Holthoff K, Langebartels A, Wotjak C, Munsch T, Zong X, Feil S, Feil R, Lancel M, Chien KR, Konnerth A, Pape HC, Biel M, Hofmann F. Absence epilepsy and sinus dysrhythmia in mice lacking the pacemaker channel HCN2. EMBO J 2003; 22:216-24. [PMID: 12514127 PMCID: PMC140107 DOI: 10.1093/emboj/cdg032] [Citation(s) in RCA: 409] [Impact Index Per Article: 19.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/14/2022] Open
Abstract
Hyperpolarization-activated cation (HCN) channels are believed to be involved in the generation of cardiac pacemaker depolarizations as well as in the control of neuronal excitability and plasticity. The contributions of the four individual HCN channel isoforms (HCN1-4) to these diverse functions are not known. Here we show that HCN2-deficient mice exhibit spontaneous absence seizures. The thalamocortical relay neurons of these mice displayed a near complete loss of the HCN current, resulting in a pronounced hyperpolarizing shift of the resting membrane potential, an altered response to depolarizing inputs and an increased susceptibility for oscillations. HCN2-null mice also displayed cardiac sinus dysrhythmia, a reduction of the sinoatrial HCN current and a shift of the maximum diastolic potential to hyperpolarized values. Mice with cardiomyocyte- specific deletion of HCN2 displayed the same dysrhythmia as mice lacking HCN2 globally, indicating that the dysrhythmia is indeed caused by sinoatrial dysfunction. Our results define the physiological role of the HCN2 subunit as a major determinant of membrane resting potential that is required for regular cardiac and neuronal rhythmicity.
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Affiliation(s)
- Andreas Ludwig
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Thomas Budde
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Juliane Stieber
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Sven Moosmang
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Christian Wahl
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Knut Holthoff
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Anke Langebartels
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Carsten Wotjak
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Thomas Munsch
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Xiangang Zong
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Susanne Feil
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Robert Feil
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Marike Lancel
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Kenneth R. Chien
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Arthur Konnerth
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Hans-Christian Pape
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Martin Biel
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
| | - Franz Hofmann
- Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, D-80802 München, Institut für Physiologie, Otto-von-Guericke Universität, D-39120 Magdeburg, Department für Pharmazie, Ludwig-Maximilians Universität, D-81377 München, Institut für Physiologie, Ludwig-Maximilians Universität, D-80336 München, Schlafpharmakologie and Mausverhalten/Neuronale Plastizität, Max-Planck-Institut für Psychiatrie, D-80804 München, Germany and UCSD Institute of Molecular Medicine, La Jolla, CA 92093, USA Corresponding author e-mail:
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