Diabetologie und Stoffwechsel 2015; 10 - P124
DOI: 10.1055/s-0035-1549630

Untersuchungen zum Einfluss von luminalem H2O2 auf die ER-Redoxhomöostase und Insulinbiosynthese in insulinproduzierenden Zellen

I Mehmeti 1, S Lenzen 1, S Lortz 1
  • 1Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Klinische Biochemie, Hannover, Germany

Fragestellung: Für eine erhöhte Insulinbiosynthese, wie sie im Frühstadium des Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM) vorliegt, ist eine gesteigerte Proteinfaltungs- und Disulfidbrückenbildungskapazität für die Prozessierung des Pro-Insulins im Endoplasmatischen Retikulum (ER) erforderlich. Der Einfluss der damit verbundenen gesteigerten H2O2 -Produktion auf die ER-Redoxhomöostase und Proteinfaltung ist bisher unbekannt. Daher sollte in dieser Studie mittels ER-spezifischer Katalase-Expression die H2O2-Konzentration reduziert werden und es sollten mögliche Auswirkungen auf die ER-Redoxhomöostase sowie Insulinsekretion und -gehalt, untersucht werden.

Methodik: ER-Katalase-N244 wurde stabil in Insulin-sezernierenden RINm5F und INS-1E Zellen exprimiert. Der Redoxzustand des ERs wurde mittels Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) und ER-HyPer2-Fluoreszenz bestimmt. Die Glucose-induzierte Insulinsekretion und der Insulingehalt von ER-Katalase-N244 exprimierenden INS-1E Zellen wurden mittels RIA quantifiziert.

Ergebnisse: Die Expression der ER-Katalase-N244 in RINm5F und INS-1E Zellen führte zu signifikant erhöhten Katalaseaktivitäten. Die Quantifizierung der ER-HyPer2-Fluoreszenz nach vollständiger Reduktion mit DTT zeigte ein signifikant langsameres Wiederauftreten der Fluoreszenz in ER-Katalase-N244 exprimierenden Zellen, was auf eine reduzierte H2O2-Konzentration im ER hinweist. Die FLIM-Experimente ergaben, dass luminales H2O2 keinen Einfluss auf das Thiol-Gleichgewicht hat. Die Quantifizierung der glucoseinduzierten Insulinsekretion in ER-Katalase überexprimierenden INS-1E Zellen zeigte keine signifikante Veränderung im Vergleich zu Kontrollzellen, der Insulingehalt war hingegen um ca. 30% reduziert.

Schlussfolgerungen: Mit der Überexpression der ER-Katalase-N244 konnte die endoplasmatische H2O2-Konzentration signifikant reduziert werden. Gleichzeitig war mit der ER-Katalase-N244-Expression eine Abnahme des Insulingehalts verbunden. Dies lässt vermuten, dass das bei der Proteinprozessierung im ER gebildete H2O2 möglicherweise einen wichtigen Einfluss auf die oxidative Faltung hat.