Charakterisierung der DMT1-Eisentransporterexpression in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) kommt bei der selektiven Zerstörung von insulinsezernierenden β-Zellen in der Pathogenese des Typ 1 Diabetes mellitus eine entscheidende Rolle zu. Durch den geringen antioxidativen Schutz von β-Zellen kommt es unter dem Einfluss von proinflammatorischen Zytokinen primär zur Bildung von Superoxidradikalen und Wasserstoffperoxid. Diese können dann sekundär in der Eisen-katalysierten Fenton-Reaktion weiter zu den stark toxischen und höchst reaktiven Hydroxylradikalen reagieren. Daher war das Ziel dieser Studie, die Expression der DMT1-Eisentransporter-Isoformen in insulinproduzierenden Zellen und primären Inseln der Ratte zu quantifizieren und den Einfluss von Zytokinen auf ihre Expression zu charakterisieren.

Methodik: Die Genexpression der vier bekannten DMT1-Eisentransporter-Isoformen wurde mittels quantitativer RT-PCR in insulinproduzierenden Zellen (RINm5F- und INS-1E-Zellen), primären Inseln der Ratte und zum Vergleich in neuroendokrinen PC12-Zellen spezifisch quantifiziert. Zusätzlich wurde die DMT1-Expression nach Inkubation mit IL-1β oder einem Zytokinmix (IL-1β, TNF-α und IFN-γ) bestimmt.

Ergebnisse: RINm5F-und INS-1E-Zellen zeigten im Vergleich zu primären Inselzellen ein nahezu übereinstimmendes Expressionsmuster der DMT1 Isoformen 1A und 1B (Varianten im 5′-Bereich der mRNA) sowie der Varianten +IRE und -IRE (Varianten im 3′-Bereich der mRNA mit bzw. ohne Iron Responsive Element). Dabei zeigte sich, dass die Isoform 1A mit <1% der DMT1-Gesamtexpression am geringsten exprimiert war, während bei den neuroendokrinen PC12-Zellen die Expression der 1A-Isoform ca. 40% der DMT1-Gesamtexpression betrug. IL-1β und der Zytokinmix führten zu einer signifikanten Induktion aller DMT1-Isoformen. Aufgrund der niedrigen DMT1–1A Expression unter Kontrollbedingungen zeigten sich hier mit einer ca. 6-fachen (IL-1β) bis 12-fachen (Zytokinmix) Induktion die größten Unterschiede. Alle anderen Isoformen sowie die DMT1-Gesamtexpresssion zeigten einen zwei- bis dreifachen Expressionsanstieg.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass β-zelltoxische Zytokine die DMT1-Genexpression signifikant induzieren. Durch den gesteigerten Import von Eisen könnte dies zu einer Erhöhung der intrazellulären Eisenkonzentration und zu einer vermehrten Bildung von Hydroxyradikalen mittels Eisen-katalysierter Fentonreaktion führen. Daher ermöglicht die Charakterisierung der DMT1-Eisentransporterexpression sowie deren Induktion durch β-zelltoxische Zytokine in insulinproduzierenden Zellen, ein besseres Verständnis des molekularen Zerstörungsmechanismus von pankreatischen ß-Zellen im Verlauf der Typ 1 Diabetesmanifestation. Insbesondere die Inhibierung der durch Eisen katalysierten Generierung von Hydroxylradikalen könnte ein möglicher Ansatzpunkt für die Verhinderung der zytokinvermittelten β-Zellzerstörung im Autoimmundiabetes sein.