Chip-basierter Nachweis von kompletten Zelloberflächenproteinen in vitro und im Serum. Korrelation mit Fettzellgröße, Insulin und Körpergewicht

Einleitung:

Zur Untersuchung der Möglichkeit, dass sich gewisse Komponenten der eukaryotischen Plasmamembran unter Bedingungen der Adipositas (ohne enzymatische Spaltung) von dieser lösen, wurde ein chipbasierter Sensor für Zelloberflächenproteine entwickelt, die in der äußeren Hälfte der Plasmamembran ausschließlich mittels eines kovalent gebundenen Glykolipids verankert sind und aufgrund ihres amphiphilen Charakters zur spontanen oder kontrollierten Freisetzung neigen könnten.

Methoden:

Hierfür wurden Glykolipid-verankerte Proteine zusammen mit assoziierten Phospholipiden in den Mikrokanälen eines chipbasierten Sensors spezifisch gebunden und durch Veränderungen in Phase und Amplitude von sich auf der Chipoberfläche ausbreitenden hochfrequenten Schallwellen nachgewiesen.

Ergebnisse:

Zunächst wurde in einer „Lab-on-the-Chip“ Konfiguration die Freisetzung von Glykolipid-verankerten Proteinen mit der kompletten Ankerstruktur und im Komplex mit Lipiden von isolierten Plasmamembranen der Rattenfettzelle festgestellt, in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung der Flüssigkeit in den Mikrokanälen, sowie vom Stoffwechselzustand der Ratten. Sodann wurden diese Komplexe im Inkubationsmedium von intakten Rattenfettzellen nachgewiesen, in Abhängigkeit von der Zellgröße, sowie im Serum von Ratten und menschlichen Probanden. Unterschiede in der Phasenverschiebung, die mit der Größe und der Menge, sowie in der Amplitude, die mit der Viskosität der Komplexe korreliert sind, ermöglichten eine Unterscheidung von normalen, ernährungsbedingt adipösen, genetisch hyperinsulinämischen und/oder hyperglykämischen Ratten.

Schlussfolgerung:

Mithilfe des chipbasierten Sensors für Komplexe aus Glykolipid-verankerten Zelloberflächenproteinen und Lipiden lässt sich deren labile Verankerung in und Freisetzung von der Plasmamembran nachweisen, insbesondere in Reaktion auf Glukose und Insulin. Die Methode könnte deshalb für die Prädiktion, Diagnose und Stratifizierung von frühen Stadien der Diabetes und Adipositas von Bedeutung sein.