KATP-Kanal unabhängige Rückkopplung von Insulin auf Membranpotential und [Ca2+]c in B-Zellen des Pankreas

Ziele: In Wildtyp B-Zellen löst Insulin eine Membranhyperpolarisation aus, die auf eine Aktivierung der KATP-Kanäle zurückgeführt wird. Da Insulin auch in KATP-Kanal defizienten SUR1-KO B-Zellen die Oszillationen des Membranpotentials beeinflusst, wurde untersucht, welche KATP-Kanal unabhängigen Mechanismen zur Wirkung von Insulin beitragen.

Methodik: Das Membranpotential wurde mit der Patch-clamp und der Mikroelektroden-Technik bestimmt, [Ca2+]c wurde fluoreszenzoptisch gemessen.

Ergebnis: In SUR1-KO B-Zellen wird durch exogen zugefügtes Insulin eine Hyperpolarisation induziert (n=4). Auch durch Erhöhung der Glucosekonzentration von 0.5 auf 15 mM wird initial eine Membranhyperpolarisation ausgelöst (-8±1 mV; n=6), die eine Abnahme von [Ca2+]c von 236±52 auf 33±7 nM zur Folge hat (n=7). Diese wird durch Entkopplung der Atmungskette mit FCCP (0.5µM) verhindert (n=6), was auf einen ATP-abhängigen Prozess hinweist. Auch in WT B-Zellen, deren KATP-Kanäle mit Tolbutamid (1 mM) blockiert werden, nimmt [Ca2+]c bei Erhöhung der Glucosekonzentration transient ab (von 319±40 auf 39±6 nM, n=3). Dieser Effekt ist nicht auf eine vermehrte Ca2+-Aufnahme ins ER zurückzuführen, da er auch bei Hemmung der Ca2+-ATPasen mit Cyclopiazonsäure bestehen bleibt (n=4). Die transiente Reduktion von [Ca2+]c wird in SUR1-KO B-Zellen durch Unterbrechung der Insulin-Signalkaskade mit Genistein (n=3) und Wortmannin (n=7) unterdrückt Unter dem Einfluss von Ouabain (1 mM) löst die Steigerung der Glucosekonzentration keine Hyperpolarisation mehr aus (n=3) und der Effekt auf [Ca2+] ist ebenfalls unterdrückt (n=3).

Schlussfolgerung: In SUR1-KO B-Zellen und in mit Tolbutamid behandelten WT B-Zellen führt die Erhöhung der Glucosekonzentration durch die Aktivierung hyperpolarisierender Ionenströme zur Abnahme von [Ca2+]c. Da dies durch Inhibitoren der Insulin-Signalkaskade und durch Ouabain verhindert wird, beruht die Membranhyperpolarisation höchstwahrscheinlich auf einem autokrinen inhibitorischen Effekt von Insulin, an dem eine gesteigerte Aktivität der Na/K-ATPase beteiligt ist.