Fragestellung: Erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren können beim T2DM zu einer β-Zell-Dysfunktion und-Apoptose führen, wobei nur gesättigte Fettsäuren für insulinproduzierende Zellen toxisch sind, während ungesättigte Fettsäuren einen protektiven Effekt vermitteln. Die molekularen Mechanismen der Lipotoxizität sind dabei noch weitgehend ungeklärt. Als mögliche Ursachen der Toxizität werden unter anderem die Bindung von Fettsäuren an spezifische GPR-Rezeptoren und die Induktion von ER-Stress diskutiert. Veränderungen der normalen ER-Funktion führen zu einer Akkumulierung ungefalteter Proteine, die eine spezifische ER-Stressantwort hervorrufen. Ziele der vorliegenden Studie waren Genexpressionsanalysen von ER-Stressmarkergenen und GPR-Rezeptoren in insulinproduzierenden Zellen.
Methodik: Die Zellvitalität von insulinproduzierenden RINm5F- und MIN6-Zellen wurde nach 24stündiger Inkubation mit verschiedenen Fettsäuren im MTT-Assay bestimmt. Die Expression der GPR40- und GPR120-Rezeptoren wurde in beiden Zelllinien mittels quantitativer RT-PCR gemessen. Die rezeptorvermittelte Stimulation von Fettsäuren auf die Insulinsekretion wurde in statischen Insulinsekretionen bestimmt. Der Einfluss von Fettsäuren auf die Expression der ER-Stressmarkergene Bip, CHOP, XBP-1 und XBP-1 spliced wurde durch quantitative RT-PCR und Westernblot ermittelt. Morphologische Veränderungen von RINm5F-Zellen nach Fettsäureinkubation wurden elektronenmikroskopisch analysiert.
Ergebnisse: Die gesättigte Fettsäure Palmitinsäure (EC50=130µM±9) hat einen ausgeprägten zytotoxischen Effekt auf RINm5F-Zellen, wohingegen MIN6-Zellen weitaus weniger sensitiv sind (EC50=993µM±123). Die beiden Zelllinien unterscheiden sich auch deutlich in der Expression der GPR-Rezeptoren, diese werden in MIN6-Zellen aber nicht in RINm5F-Zellen exprimiert. In MIN6-Zellen sind Fettsäuren somit in der Lage rezeptorvermittelt die glucoseinduzierte Insulinsekretion zu steigern.
Die ER-Stressmarkergene CHOP und XBP-1 spliced werden durch Palmitinsäure induziert, während die Expressionsniveaus von Bip und XBP-1 unverändert bleiben. Ölsäure hat keinen Effekt auf die Expression der ER-Stressmarkergene. Elektronenmikroskopische Analysen zeigen nach Palmitinsäureinkubation eine deutliche Schädigung des Endoplasmatischen Reticulums jedoch nicht der Mitochondrien. Eine Inkubation mit Ölsäure führt hingegen zur Bildung von Lipidtröpfchen im Zytosol.
Schlussfolgerungen: Die Toxizität von Palmitinsäure wird nicht über den GPR40- oder GPR120-Rezeptor vermittelt, da diese in den sensitiveren RINm5F-Zellen nicht exprimiert werden. Die Funktionalität des GPR40-Rezeptors konnte in MIN6-Zellen durch die stimulative Wirkung von Fettsäuren auf die Insulinsekretion gezeigt werden. Die Induktion von ER-Stressmarkergenen durch Palmitinsäure weist auf ER-Stress als möglichen molekularen Mechanismus für die Lipotoxizität hin.
