Die Rolle des MAPK Signalweges bei der Palmitinsäure-induzierten Insulinsekretion und dem apoptotischen Beta-Zelltod

Mitogen aktivierte Proteinkinasen (MAPK) sind an verschiedenen physiologischen Prozessen, wie der Differenzierung, Proliferation oder Apoptose beteiligt. In Insulin-sezernierenden Zellen werden die über diese Kinasen vermittelten Signalwege durch Glukose und langkettige freie Fettsäuren (FFAs) aktiviert. Die Rolle der MAPK Signalwege in Beta-Zellen ist allerdings nicht vollständig verstanden. FFAs stimulieren akut die Glukose-induzierte Insulinsekretion (GIIS), wohingegen eine chronische Erhöhung von FFAs zusammen mit Glukose Apoptose auslöst. Der insulinotrope Effekt von FFAs wird über die Aktivierung des Gq-gekoppelten Fettsäurerezeptors 1 (FFAR1/GPR40) vermittelt und resultiert über Phospholipase C in einem IP3-abhängigen Anstieg des zytosolischen Ca2+ und in einer Diacylglycerol-induzierten Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Einerseits stimulieren PKCs, z.B. nach Aktivierung durch Phorbolester (PMA), die Insulinsekretion, andererseits vermitteln PKCs, im Speziellen PKCdelta, die Palmitinsäure-induzierte Apoptose. Diese Studie untersucht den Mechanismus und die Rolle der ERK1/2 Aktivierung durch FFAs in Insulin-sezernierenden Zellen.

Kurz- (1h) und Langzeit- (24h) Effekte von Palmitinsäure (600µM in Anwesenheit von 10% fötalem Kälberserum (FCS) oder 50µM gekoppelt an 1, 2% FCS) wurden in INS-1E Zellen und isolierten Inseln aus Wildtyp und FFAR1 Knockout (KO) Mäusen untersucht. Signalwege wurden pharmakologisch beeinflusst. Die Menge und der Phosphorylierungsgrad involvierter Proteine wurden durch Westernblot-Analysen untersucht. Die Apoptoserate wurde durch terminale Deoxynucleotidyltransferase-vermittelte dUTP-Endmarkierung (TUNEL) analysiert.

Kurz- und Langzeitbehandlung mit Palmitinsäure erhöhte signifikant die ERK1/2 Phosphorylierung in INS-1E Zellen. Dieser Effekt wurde durch den MEK1 Inhibitor PD89059 (10µM) gehemmt. Auch eine Inkubation mit PMA (100 nM) stimulierte die Phosphorylierung von ERK1/2. Der Effekt von PMA war transient und nach 24h nicht mehr sichtbar. Die Phosphorylierung von ERK1/2 wurde nicht über FFAR1/GPR40 vermittelt, da Palmitinsäurebehandlung zu einer Phosphorylierung von ERK1/2 sowohl in Inseln aus Wildtyp-, als auch aus FFAR1-KO Mäusen führte. Die Hemmung von ERK1/2 durch PD98059 hatte keinen Effekt auf die Palmitinsäure- und Glukose-stimulierte Insulinsekretion. Der pro-apoptotische Effekt von Palmitinsäure hingegen wurde durch den ERK1/2 Inhibitor verstärkt. PMA löste keine Apoptose aus.

Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Aktivierung von ERK1/2 durch Palmitinsäure und Glukose die Insulinsekretion nicht direkt beeinflusst, aber dem pro-apoptotischen Effekt von Palmitinsäure entgegenwirkt.