Identifizierung einer neuen Rolle von BMPs in der Insulinunabhängigen Regulation der Glukoseaufnahme

Fragestellung: Mit der steten Zunahme an Patienten mit ausgeprägter Insulinresistenz und Typ-II-Diabetes ist die Identifizierung neuer Insulinunabhängiger Mechanismen zur Regulation der Glukoseaufnahme von großem Interesse. Die “Bone Morphogenetic Proteins” (BMPs) sind Zytokine der „Transforming Growth Factor beta“ Superfamilie. Sie sind regulatorisch an vielen zellulären Prozessen wie Differenzierung, Proliferation, Homöostase, Migration und Apoptose beteiligt. In Hinblick auf mögliche Funktionen innerhalb der Glukosehomöostase von voll differenzierten Fettzellen sollte untersucht werden, ob eine Stimulation mit BMP-2 oder -6 die Glukoseaufnahme in 3T3-L1 Zellen beeinflusst und ob die Aktivierung der BMP-Signalkaskade die Expression von Faktoren beeinflusst, welche an der Regulation dieses Mechanismus beteiligt sind.

Methodik: 3T3-L1 Zellen wurden differenziert und reife Adipozyten mit Insulin, mit BMP-2, -6 allein oder in Kombination mit Insulin stimuliert und die basale und BMP/Insulinstimulierte Aufnahme von H³-2-Deoxyglukose in die Fettzellen bestimmt. Zur Visualisierung der BMP-vermittelten GLUT-4 Translokation wurde eine stabile 3T3-L1 Linie genutzt, die ein c-mycGLUT-4-GFP-Fusionsprotein exprimiert.

Für die Real Time PCR-basierte Expressionsanalyse wurden Adipozyten in Kurzzeit- oder Langzeitstimulationen mit BMP-2 oder -6 inkubiert und die mRNA-Expression der BMP-Rezeptoren sowie von PPARγ und Leptin gemessen. Außerdem wurde die Genexpression von Vertretern der Insulin-Signalkaskade analysiert.

Ergebnisse: Eine Aktivierung der BMP-Signalkaskade durch BMP-2 und -6 führte in 3T3-L1 Adipozyten zu einer bis zu 6-fachen Steigerung der Glukoseaufnahme im Vergleich zu unstimulierten Zellen. Die kombinierte Stimulation mit Insulin und BMP-6 hatte einen synergistischen Effekt. Die Stimulation mit BMP-6 induzierte eine GLUT-4 Translokation an die Zelloberfläche. Auf mRNA-Ebene zeigte sich nach einer sechsstündigen BMP-Stimulation eine Erhöhung der BMP-Rezeptor-Expression (ALK1–3, BMPRII, ActRIIa,b), jedoch nur bei ALK3, BMPRII und ActRIIa eine signifikante Verringerung nach Langzeitstimulation im Vergleich zu unstimulierten Zellen. Die Expression von PPARγ wurde durch Stimulation mit BMP-6 um das 10-fache gesteigert, während sich die des Insulin- Rezeptors und von Leptin und GLUT-4 kontinuierlich verringerte.

Schlussfolgerung: Die Glukoseaufnahme in Fettzellen wird durch BMP-2 und BMP-6 erhöht. Es zeigte sich additiver BMP-6/Insulin-Effekt, was distinkte Wirkmechanismen vermuten lässt. Der Mechanismus ist Insulinunabhängig, wirkt über eine Aktivierung der GLUT-4-Translokation an die Zellmembranen und reguliert die mRNA-Expression spezifischer BMP-Rezeptoren und Glukosemetabolismus-assoziierter Gene. Wir vermuten eine BMP-abhängige funktionelle Interaktion der BMP- und Insulin-Signalkaskaden, die einen putativen neuen Angriffspunkt für die Entwicklung neuer antidiabetischer Therapeutika darstellen könnte.