Aquaporin 8 ist maßgeblich für die Wasserstoffperoxid-Permeabilität von Membranen in insulinproduzierender Zellen verantwortlich

Fragestellung:

Aquaporine sind hochselektive Transmembrankanalproteine, die einen Fluss von Wasser und kleinen gelösten Stoffen über biologische Membranen ermöglichen. Von der Aquaporinisoform 8 (Aqp8) ist beschrieben, dass sie im Gegensatz zu anderen Aqp-Isoformen auch den Transport von Wasserstoffperoxid über die Membran ermöglicht. Reaktive Sauerstoffspecies (ROS) und insbesondere Wasserstoffperoxid spielen eine wichtige Rolle bei der Beta-Zellschädigung bzw. der Beta-Zellapoptose sowohl bei der Entwicklung eines Typ-1- als auch eines Typ-2-Diabetes. Beta-Zellen sind aufgrund ihrer sehr geringen Katalase-Expression besonders empfindlich gegenüber Wasserstoffperoxid, das, wie wir in vorangegangenen Studien zeigen konnten, während der peroxisomalen beta-Oxidation langkettiger Fettsäuren gebildet wird. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bedeutung von Aqp8 für die Wasserstoffperoxid-Permeabilität von Membranen und für die Toxizität langkettiger Fettsäuren zu untersuchen.

Methodik:

Aqp8 wurde in insulinproduzierenden RINm5F-Zellen nach lentiviraler Transduktion stabil überexprimiert oder mittels CRISPR/cas9-Technik ausgeknockt. Zur spezifischen intrazellulären Detektion von Wasserstoffperoxid wurde das Wasserstoffperoxid-Sensorprotein HyPer in den Zellen exprimiert und dessen Fluoreszenzsignal mittel live cell imaging erfasst.

Ergebnisse:

Ein vollständiger Knockout von Aqp8 war überraschenderweise letal für insulinproduzierenden RINm5F-Zellen. Ein heterozygoter Knockout von Aqp8 verminderte die Plasmamembran-Permeabilität für Wasserstoffperoxid um 75% verglichen mit Kontrollzellen, wohingegen eine ca. 2,5-fache Überexpression zu einer 5-fach gesteigerten Permeabilität führte. Auf die Toxizität von Wasserstoffperoxid und Palmitinsäure hatten die Veränderungen der Aqp8-Expression in RINm5-Zellen nur geringe aber signifikante Effekte.

Schlussfolgerungen:

Aqp8 ist maßgeblich für die Wasserstoffperoxid-Permeabilität von Membranen in insulinproduzierenden RINm5F-Zellen verantwortlich. Für die Klärung der Letalität eines homozygoten Knockouts bedarf es weiterer Untersuchungen. Auf die Toxizität langkettiger Fettsäuren hat Aqp8 nur einen geringen Einfluss.