(Dys)-Regulation der Insulinsekretion

Ansprechpersonen: Dr. Ilka Wilhelmi, Dr. Thilo Speckmann

Förderer: SFB958; Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Die Insulinsekretion aus Betazellen der Langhans-Inseln ist ein hochdynamischer und regulierter Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Glucosehomöostase essentiell ist. Eine beeinträchtigte Insulinfreisetzung, die zu erhöhten Blutzuckerkonzentrationen führt, spielt in der Pathogenese von Typ-2-Diabetes eine wesentliche Rolle. Die Insulinbiosynthese beginnt im rauen endoplasmatischen Retikulum mit der Synthese von Präproinsulin, aus dem Proinsulin entsteht. Proinsulin wird im trans-Golgi-Netzwerk verpackt und in unreife sekretorische Granula sortiert. In diesen unreifen Granula wird Proinsulin proteolytisch in Insulin und C-Peptid gespalten. Steigen die Blutzuckerspiegel an, wird der Inhalt der Insulingranula freigesetzt. Glucose gelangt über spezifische Glucosetransporter in die Betazelle und wird direkt metabolisiert, was einen Anstieg der ATP-Spiegel und das Schließen der KATP-Kanäle zur Folge hat. Die resultierende Membrandepolarisation führt dazu, dass sich spannungsabhängige Ca2+-Kanäle öffnen, was die Fusion von Insulingranula mit der Plasmamembran und die Freisetzung von Insulin auslöst (Abb. 1). An den verschiedenen zellulären Schritten, die für die Bildung und den Transport von Insulinvesikeln durch die Zellen benötigt werden und ihre Fusion mit der Plasmamembran steuern, sind eine Vielzahl von Proteinen beteiligt, von denen wohl noch nicht alle bekannt sind. Dies gilt auch für die räumliche und zeitliche Koordination der verschiedenen Prozesse, die einer effizienten Insulinfreisetzung zugrunde liegen.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, spezifische Gerüstproteine an der Plasmamembran (ITSN1/2) und am trans-Golgi (GOPC) im Hinblick auf ihre Funktion bei einer effizienten Insulinsekretion zu untersuchen.  

Intersectin 1 und 2 (ITSN1/2) sind große, verwandte Gerüstproteine, die bezüglich des Recyclings synaptischer Vesikel intensiv untersucht wurden. Es wird vermutet, dass sie an der Exozytose und Endozytose von Vesikeln beteiligt sind und mit Proteinen des Aktin-Zytoskeletts interagieren. Beide Proteine werden auch in Betazellen exprimiert und ITSN1 ist in Inseln von Diabetes-Betroffenen vermindert exprimiert. Unsere vorläufige Analyse einer Itsn1/2-Doppel-Knockout-Maus ergab während Glucosetoleranztests eine veränderte Insulinsekretion. Es wurden Doppel-Knockout-Mäuse für die Untersuchungen verwendet, weil sich beide Proteine aufgrund ihrer hohen Ähnlichkeit gegenseitig kompensieren können. Da die Doppel-Knockout-Mäuse jedoch stark beeinträchtigt sind und nur in geringer Zahl geboren – werden, wollen wir Betazell-spezifische Knockout-Mäuse erzeugen, um den Prozess der Insulinsekretion zu untersuchen. Zusätzlich werden wir die Expression von ITSN1 und ITSN2 in Betazellen hemmen und verschiedene Rescue-Experimente durchführen, um zu klären, über welche Mechanismen ITSN1 und ITSN2 Einfluss auf die Insulinfreisetzung nehmen.