Mechanismus der gesteigerten glucoseinduzierten Insulinsekretion durch Prostacyclin-Synthase-Überexpression in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Prostacyclin (PGI2) wird aus Arachidonsaüre durch Prostacyclin-Synthase (PGIS) synthetisiert. Die Expression von PGIS in pankreatischen Inseln und insulinproduzierenden INS1E Zellen ist sehr gering (ca. 5 und 1% im Vergleich zur Expression in der Leber). Da beobachtet wurde, dass sowohl Prostacyclinanaloga (zB. Iloprost) als auch Überexpression von PGIS insulinproduzierende Zellen vor verschiedenen Stressoren schützen können, haben wir den zugrundliegenden Mechanismus untersucht.

Methodik: Kontroll- und PGIS-überexprimierende insulinproduzierende INS1E Zellen wurden mit Glucose (3, 10, 30 mM), Iloprost (100 nM) oder CAY10441 (10 nM) inkubiert. Die folgenden Methoden wurden benutzt: MTT Assay, Proliferationsassay, Caspase-3 Assay, ATP-Assay, RIA für Insulinmessung und cAMP-Assay.

Ergebnisse: Die basale Insulinsekretion bei 3 mM Glucose war in den Kontroll-INS1E und INS1E-PGIS Zellen nicht unterschiedlich. Inkubation mit 10 und 30 mM steigerte die Insulinsekretion im Vergleich zu Kontroll-INS1E in INS1E-PGIS Zellen signifikant (10 mM Glc: 0,8±0,1 vs. 3,8±0,6; 30 mM Glc: 0,9±0,1 vs. 4,8±0,7ng/ml/µg DNA; p<0,05). PGIS Überexpression beeinflusste die KCl-induzierte Insulinsekretion nicht signifikant. Die glucoseinduzierte Insulinsekretion in INS1E-PGIS Zellen wurde durch den PGI2 Rezeptorantagonist CAY10441 blockiert (0,4±0,1ng/ml/µg DNA) und die basale Insulinsekretion in INS1E Zellen durch den stabilen PGI2 Analog Iloprost induziert (0,3±0,03 vs. 0,6±0,03ng/ml/µg DNA). INS1E-PGIS Zellen zeigten einen 2-fach erhöhten Insulingehalt. CAY10441 reduzierte und Iloprost erhöhte den Insulingehalt. Iloprost veränderte die Zellvitalität und Proliferation der INS1E Zellen nicht (Restvitalität: 100% vs. unbehandelte Zellen). Im Gegensatz reduzierte CAY10441 die Zellvitalität (Restvitalität: 4±1%) und die Proliferationsrate (Restproliferationsrate: 10%) und erhöhte die Caspase-3 Aktivität 7-fach. INS1E-PGIS Zellen wurden teilweise gegen CAY10441 Toxizität geschützt (Restvitalität: 24±2%). Die Proliferationsrate war deutlich höher in INS1E-PGIS als in INS1E Zellen (INS1E-PGIS 140±9%) und auch weniger inhibiert bei CAY10441 (40±4%). Der ATP Gehalt war in INS1E-PGIS Zellen signifikant höher als in INS1E Zellen (INS1E: 2,8±0,4, INS1E-PGIS: 5,7±0,5 nmol/mg Protein). Interessanterweise war die cAMP Konzentration in INS1E-PGIS doppelt so hoch wie in INS1E Zellen (13±1 vs. 22±2pmol/mg Protein). 30 mM Glucose und Iloprost erhöhten cAMP weiter. CAY10441 reduzierte den cAMP Gehalt.

Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Mechanismus der verbesserten glucoseinduzierten Insulinsekretion in INS1E-PGIS Zellen verknüpft ist mit einer PGI2 Sekretion, der Aktivierung von PGI2 Rezeptoren und gesteigerter cAMP Synthese. PGIS Überexpression verbessert deutlich besser als PGI2 Analoga die Betazellfunktion. Eine Prostacyclin-Synthase Überexpression könnte möglicherweise zum Schutz von Betazellen eingesetzt werden.