Molecular mechanisms of insulin resistance in glucagon-producing alpha cells

Abstract

Typ II Diabetes mellitus ist eine chronische Krankheit, die weltweit etwa 150 Millionen Menschen betrifft. Typ II Diabetes ist gekennzeichnet durch periphere Insulinresistenz der Zielgewebe (Leber, Muskel, Fett), Funktionsstörung der Beta-Zellen und durch einen Anstieg sowohl der Glukagon- als auch der Insulinkonzentration im Plasma. Da Insulin die Sekretion von Glukagon und die Transkription des Glukagon-Gens hemmt, könnten die Hyperglukagonemie und Hyperinsulinemie im Typ II Diabetes mellitus auf einer Insulinresistenz auch in den Glukagon-produzierenden Alpha-Zellen beruhen. Die erhöhten Plasma-Glukagonspiegel tragen beim Typ II Diabetes mellitus zu verstärkter hepatischer Glukoseproduktion und zu erhöhten Blutglukosespiegeln bei. Die molekularen Mechanismen der Insulinresistenz in pankreatischen Alphazellen in den Langerhans-Inseln sind jedoch noch völlig unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Auswirkung Botenstoffe, die Insulinresistenz in anderen Gewebe auslösen, auf die Insulin-induzierte Hemmung der Glukagongen-Transkription in Glukagon-produzierende Alpha-Zellen haben. Dazu wurde die pankreatische Alpha-Zellinie InR1G9 eingesetzt, in der zuvor gezeigt wurde, dass Insulin die Glukagongen-Transkription um 50 % hemmen kann. Diese Untersuchungen zeigten, dass Insulin in hoher Konzentration (100 nM) und subchronischer Anwendung (46 h) oder das proentzündliche Cytokin Interleukin 1-beta (20 ng/ml; 24 h) zu einer Aufhebung der Insulin-induzierten Hemmung der Glukagongen-Transkription führten. Der Insulin-Effekt wurde im weiteren Verlauf der Arbeit auf Ebene der Signalkette aufgeklärt. Bei Kotransfektion einer konstitutiv aktiven Form der Proteinkinase B wurde die Hemmung der Glukagongen-Transkription durch subchronische Insulinbehandlung weiterhin aufgehoben. Gleichzeitig wurde PKB vermindert phosphoryliert. Diese Ergebnisse zeigen, dass subchronische Insulinbehandlung die Insulin-Signalkette oberhalb von PKB beeinflusst. In der Tat konnte gezeigt werden, dass nach subchronischer Insulinbehandlung der Insulinsignalweg auf der Ebene des Insulinrezeptors (IR) und des Insulinrezeptor Substrates 1 (IRS1) gehemmt wurde. Westernblot-Analysen mit spezifischen Antikörpern gegen die phosphorylierte und die nicht-phosphorylierte Form des jeweiligen Proteins zeigten, dass sowohl die Phosphorylierung am Tyrosin 1150/1151 des IR und am Tyrosin 612 des IRS als auch die Expression beider Signalproteine stark vermindert wurden. Die Abnahme des IR war ein reversibler, zeitabhängiger Prozess. Weitere Untersuchungen wiesen darauf hin, dass die Abnahme des IR durch verstärkten Abbau bedingt war. An diesem Abbau schienen weder Proteasom- noch β-Arrestin-vermittelte Mechanismen beteiligt zu sein. Dagegen zeigten Experimente mit Inhibitoren der lysosomalen Degradation, dass der IR vermutlich im Lysosom abgebaut wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass erhöhte Insulinkonzentration und erhöhte Interleukin 1-beta-Spiegel zu der Entwicklung eines insulinresistenten Zustandes in Glukagon-produzierenden Alphazellen der Langerhans-Inseln führen, der auf eine Herunter-Regulation des IR zurückzuführen ist.