Der Einfluss von antioxidativen Enzymen auf das mitochondriale Membranpotential und die Insulinsekretion von INS-1E Zellen

Fragestellung: Insulinproduzierende Zellen zeichnen sich im Vergleich zu anderen Geweben durch eine extrem niedrige Expression von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) inaktivierenden Enzymen aus. Dadurch ergibt sich eine hohe Empfindlichkeit gegenüber reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die auch bei der selektiven Zerstörung von β-Zellen in der Pathogenese des Typ 1 Diabetes mellitus eine entscheidende Rolle spielen. Andererseits wurde postuliert, dass H₂O₂ eine mögliche second messenger Funktion bei der Modulation der Insulinsekretion hat. Daher war es das Ziel dieser Studie, die Expression des mitochondrialen Entkopplerproteins uncoupling protein-2 (UCP-2), das mitochondriale Membranpotential und die Insulinsekretion nach Überexpression der H₂O₂ inaktivierenden Enzyme Katalase (Kat) und Glutathionperoxidase (GPx) in insulinsezernierenden INS-1 Zellen zu charakterisieren.

Methodik: Die antioxidativen Enzyme Kat (mitochondriale (MitoKat) und zytosolische (ZytoKat) Lokalisation) und GPx wurden in INS-1E Zellen überexprimiert. Die erfolgreiche Überexpression der KAT und GPx wurde mittels Enzymaktivitätsbestimmung und die Zellvitalität nach Zytokininkubation mittels MTT-Vitalitätstest bestimmt. Die UCP-2 Expression wurde mittels quantitativer Realtime PCR, das mitochondriale Membranpotential mithilfe des Fluoreszenzfarbstoffs Rhodamin 123 im Mikroplattenflourimeter und die glucoseinduzierte Insulinsekretion mittels statistischer Glucoseinkubation und RIA analysiert.

Ergebnisse: Die Überexpression von MitoKat, ZytoKat und GPx in INS-1E Zellen führte zu einer signifikant erhöhten antioxidativen Enzymaktivität. Nur die MitoKat Überexpression führte zu einem signifikanten Schutz gegenüber IL-1β und einem Zytokinmix, während ZytoKat und GPx transfizierte INS-1E Zellen nur eine leicht erhöhte Restvitalität zeigten. Gleichzeitig führte die Transfektion zu einer erhöhten UCP-2 Expression, die bei den MitoKat und GPx transfizierten Zellen um ca. 50% gesteigert war. Das mitochondriale Membranpotential wurde trotz UCP-2 Expressionssteigerung in den transfizierten Zelllinien nicht signifikant verändert. Sowohl die Kontroll- als auch die transfizierten INS-1E Zellen zeigten eine glucoseresponsive Insulinsekretion, die durch die Überexpression nicht verändert wurde.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass die Überexpression von H₂O₂ in INS-1E Zellen zu einem Schutz gegenüber β-zelltoxischen Zytokinen führt. Trotz gesteigerter UCP-2 Genexpression führte die Überexpression zu keiner signifikanten Veränderung des Membranpotentials und der glucoseinduzierten Insulinsekretion, was daraufhin deutet, dass H₂O₂ keine second messenger Funktion bei der Insulinsekretion ausübt und eine leichte Entkopplung der Atmungskette in insulinsezernierenden Zellen toleriert werden kann. Somit ist die Inhibierung der H₂O₂ mediierten β-Zellschädigung ein möglicher Ansatzpunkt für die Verhinderung der β-Zellzerstörung im Autoimmundiabetes oder nach Pankreasinseltransplantation.