Einfluss von Methylglyoxal auf die insulin-induzierte Translokation von GLUT4 in L6-Myoblasten-Zellen*

Fragestellung: Hyperglykämie fördert die Bildung von Methylglyoxal (MG), das im Plasma von Patienten mit Diabetes mellitus in erhöhten Konzentrationen vorliegt. MG ist ein zytotoxischer Metabolit und reagiert mit Arginin-, Lysin- und Cysteinresten unter Bildung von Advanced Glycation Endproducts. Ob MG die insulin-vermittelte Glucoseaufnahme über den Glucosetransporter GLUT4 beeinflusst und so zur Insulinresistenz beiträgt, ist derzeit unzureichend untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher die Auswirkungen von MG auf den Insulin-Signalweg und die insulin-induzierte Translokation von GLUT4 untersucht.

Methodik: L6GLUT4myc-Zellen (Ratten-Myoblasten mit stabiler Expression von GLUT4myc) wurden mit verschiedenen Konzentrationen von MG [0–400µM] für 24h inkubiert. Die Expression und Phosphorylierung des Insulinrezeptorsubstrates-1 (IRS-1) und der Kinase AKT wurden mittels Western Blot bestimmt. Die GLUT4myc-Translokation, die Glucoseaufnahme und die Messung von reactive oxygen species (ROS) wurden mittels Durchflusszytometrie bestimmt.

Ergebnisse: Die Inkubation mit verschiedenen MG-Konzentrationen führt zur konzentrationsabhängigen Erhöhung der Translokation von GLUT4 auch ohne Insulinzugabe (100µM MG: 122% (p>0,05), 400µM MG 211% (p<0,001) bezogen auf 0µM MG) und zu einer verstärkten Glucoseaufnahme. Die Stimulierbarkeit der GLUT4-Translokation mit Insulin bleibt auch nach der Inkubation mit MG erhalten (100µM MG: 119% (p>0,05), 400µM MG 175% (p<0,001) bezogen auf 0µM MG). Außerdem induziert MG eine konzentrationsabhängige Verstärkung der Phosphorylierung von AKT, bei allerdings verminderter Expression: Quotient pAKT/AKT(total) 50µM MG: 195% (p>0,05); 100µM MG: 350% (p>0,05); 200µM MG 391% (p<0,05); 400µM MG 525% (p<0,01) bezogen auf 0µM MG. Die Expression und Phosphorylierung von IRS-1 werden nicht signifikant beeinflusst. Die durchflusszytometrische Analyse der ROS-Bildung hat gezeigt, dass MG zeit- und konzentrationsabhängig eine verstärkte Bildung des oxidativen Stresses induziert.

Schlussfolgerung: Im hier vorgestellten Zellkulturmodell konnte erstmals gezeigt werden, dass Methylglyoxal die Glucosaufnahme über eine verstärkte Translokation des GLUT4 in die Zellmembran fördert und gleichzeitig oxidativen Stress verursacht. Der Zusammenhang zwischen Methylglyoxal-induziert verstärkter Glucoseaufnahme und oxidativem Stress wird derzeit in diesem Zellkulturmodell untersucht.

*Projektförderung durch die Deutsche Diabetes Gesellschaft