Analyse der Insulinsignaltransduktion in einer cGMP-abhängigen Proteinkinase Typ I (cGKI)-defizienten Mauslinie

Fragestellung: Der NO/cGMP/cGKI-Signalweg reguliert Zellfunktionen in Organen, die für die Entstehung von Diabetes mellitus relevant sind. In vitro stimuliert NO in Beta-Zellen die Insulinsekretion über cGMP-abhängiger Hemmung von ATP-Kanälen. Eine Beeinflussung der Vitalität der Beta-Zellen durch cGMP über die Modulation der Apoptose wurde ebenfalls beschrieben. Eine mögliche Funktion der cGKI bei der Entstehung von Diabetes mellitus wurde jedoch bislang nicht systematisch untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Rolle der cGKI bei der Entstehung von Diabetes mellitus in vivo aufzuklären und mögliche Interaktionen zwischen dem NO/cGMP/cGKI- und dem Insulinsignalweg zu beleuchten.

Methodik: cGKI-defiziente (KO)-Mäuse wurden in vivo im Hinblick auf Glucosetoleranz, Insulinsensitivität und Glukagonsekretion untersucht. Insulin- und Glukagonbestimmungen erfolgten mithilfe von Radioimmunoassays. Expression und Phosphorylierung von Proteinen des Insulinsignalwegs wurden in Leber und Skelettmuskel vor und nach intracavaler Insulinstimulation durch Western-Blotting untersucht.

Ergebnisse: Nach Nahrungskarenz zeigten cGKI KO-Mäuse im Vergleich zu den Kontrollen signifikant erhöhte basale Glucosewerte. Die basalen Insulinspiegel waren nach Nahrungskarenz tendenziell niedriger, die Glukagonspiegel tendenziell höher, ohne jedoch das Signifikanzniveau zu erreichen. Im Glucosetoleranztest wurde kein Unterschied zwischen cGKI KO-Mäusen und ihren Kontrollen festgestellt, wohingegen die KO-Mäuse im Insulinstimulationstest eine erhöhte Insulinsensitivität zeigten. Nach intracavaler Insulinstimulation wurde im Skelettmuskel von cGKI KO-Mäusen eine erhöhte Tyrosinphosphorylierung des Insulinrezeptors (IR), diskreter auch des Insulinrezeptorsubstrats-1 (IRS-1) und der Proteinkinase B festgestellt. Im Lebergewebe der KO-Mäuse ergab sich dagegen eine reduzierte Tyrosinphosphorylierung von IR und IRS-1 nach Insulinstimulation.

Schlussfolgerungen: Die vorliegenden Ergebnisse sprechen für eine Interaktion zwischen dem NO/cGMP/cGKI- und dem Insulinsignalweg. cGKI KO-Mäuse zeigen zwar eine erhöhte Insulinsensitivität im Skelettmuskel, jedoch auch eine hepatische Insulinresistenz und erhöhte Nüchternglucosespiegel. Hierzu könnten erhöhte Glukagonwerte beitragen.