Pracovná skupina pre diabetes mellitus - Ústav pre lekársku biochémiu a molekulárnu biológiu

  1. výskum
  2. Pracovná skupina pre diabetes mellitus

Prof. Tiedge

mellitus

Diabetes mellitus je ekonomicky najdôležitejšie metabolické ochorenie v západných priemyselných krajinách, ktoré postihuje viac ako 5% populácie. Inzulín-dependentný diabetes mellitus (typ 1 alebo IDDM) je charakterizovaný selektívnou deštrukciou beta buniek produkujúcich inzulín v pankrease, čo si vyžaduje celoživotnú substitúciu hormónu. Diabetes mellitus typu 2 (NIDDM alebo diabetes dospelých) má svoju príčinu v interakcii výraznej inzulínovej rezistencie, ktorá je spojená s poruchami sekrécie beta buniek. Chronicky zvýšené hladiny glukózy v krvi vedú k dlhodobému mikro- a makrovaskulárnemu poškodeniu v priebehu ochorenia, čo vedie k slepote, zlyhaniu obličiek, infarktu myokardu a poruchám cerebrálneho obehu.
Hlavným výskumným zameraním ústavu je beta bunky pankreasu. Beta bunka pankreasu má dve vynikajúce vlastnosti, ktoré ju odlišujú od iných typov endokrinných buniek:

  1. Signál na spustenie sekrécie inzulínu sa generuje v metabolizme beta bunky („väzba sekrécie metabolického stimulu“). To znamená, že zmeny v strednom metabolizme ovplyvňujú sekrečnú funkciu bunky a vedú k poruchám sekrécie, ktoré sa pozorujú pri cukrovke typu 2.
  2. Beta bunka je mimoriadne citlivá na stresory (prozápalové cytokíny, voľné radikály, vysoké hladiny glukózy v krvi), ktoré vedú k apoptotickej a nekrotickej bunkovej smrti.

Pri zameraní na výskum beta buniek sú v popredí tieto aspekty:

  • skúmať účinky antioxidačného obranného stavu na cytokínom sprostredkovanú aktiváciu stresovo reagujúcich kináz (p38, ERK, JNK), ako aj na signálne prvky ER stresu (funkcia Serca2, aktivácia CHOP, expresia chaperónu BiP),
  • Exprimovať antioxidačné enzýmy a inhibítory stresovo citlivého transkripčného faktora NF-kB v primárnych bunkách ostrovčekov pomocou adeno- a lentivírusových vektorov a charakterizovať ochranné účinky za podmienok in vitro a po transplantácii ostrovčekov na modeli potkana.,
  • skúmať, či môžu byť neuroprotektívne účinky erytropoetínu prenesené do beta buniek pankreasu. Na tento účel sú charakterizované klasické signálne dráhy EPO a bunkové línie produkujúce inzulín a izolované primárne ostrovčeky pankreasu.

Partner pre spoluprácu

  • Prof. J. Nerup, Dr. A. Karlsen, Steno Diabetes Center, Gentofte, Dánsko
  • Prof. D. Eizirik, ULB, Brusel, Belgicko
  • Prof. T. Mandrup-Poulsen, Hagedorn Research Center, Gentofte, Dánsko
  • C. Mathieu, University of Leuven, Leuven, Belgium

Faktory extracelulárnej matrix, vrátane adhéznych proteínov a kolagénu, majú rôzne účinky na diferenciáciu, proliferáciu a funkciu beta buniek. Hviezdne bunky pankreasu sú schopné vylučovať matricové faktory, čo je proces, ktorý hrá úlohu v patogenéze chronickej pankreatitídy. Hviezdne bunky sú detekovateľné v exokrinnom aj endokrinnom pankrease, aj keď funkcia tohto bunkového typu v Langerhansových ostrovčekoch nie je jasná. V spolupráci s pracovnou skupinou PD Dr. Jaster (Klinika pre gastroenterológiu), ktorý má medzinárodne uznávané odborné znalosti v oblasti výskumu hviezdnych buniek, má skúmať interakciu hviezdnych buniek s beta bunkami v pankrease.
Cieľom štúdií je:

  • charakterizovať účinky vylučovaných matricových faktorov z kultúr hviezdnych buniek na funkciu beta buniek,
  • objasniť, či matricové faktory ovplyvňujú citlivosť beta buniek na stresové faktory špecifické pre diabetes (cytokíny, glukóza a lipotoxicita),
  • charakterizovať vplyv matricových faktorov na proliferáciu beta buniek a diferenciáciu beta buniek od duktálnych buniek.

  • ovplyvňovať autoimunitný proces pomocou regulačných anti CD4 + a stimulačných anti CTLA-4 protilátok a indukovať toleranciu k autoagresívnym T bunkám,
  • skúmať potenciál regenerácie beta buniek v podmienkach imunomodulácie. Na tento účel sa bude skúmať proliferácia buniek produkujúcich inzulín z duktálnych progenitorových buniek vo fázach infiltrácie ostrova Langerhans.

Partner pre spoluprácu

  • HJ Hedrich, Hannover Medical School
  • Prof. A. Jörns, Hannover Medical School

4. Regulačné princípy glukokinázy v beta bunkách pankreasu

Ako glukózo-fosforylačný enzým s afinitou k substrátu vo fyziologickom rozmedzí milimolárnych koncentrácií je glukokináza ideálnym glukózovým senzorom pre beta bunky pankreasu a pečene produkujúce inzulín. V koncepcii väzby metabolického stimulu a sekrécie predstavuje glukokináza v beta bunkách pankreasu prvok obmedzujúci tok. Regulačné princípy glukokinázy tak poskytujú dôležitý základ pre pochopenie glukózou indukovanej sekrécie inzulínu a porúch fungovania beta buniek, ktoré patogeneticky narušujú sekréciu. diabetes mellitus 2. typu. Molekulárne mechanizmy fyziologickej regulácie glukokinázy závislej na výžive v beta bunkách pankreasu sú zložité na úrovni génov a enzýmových proteínov. Použitím citlivej kvantitatívnej techniky RT-PCR a analýz Northern blot bolo možné preukázať, že signál pre transkripčné modulácie génovej expresie je generovaný v metabolizme beta bunky. Rozhodujúce boli dve pozorovania:

  1. Glukokináza sa viaže na intracelulárny proteínový faktor v beta bunkách produkujúcich inzulín a jej špecifická aktivita je modulovaná glukózou.
  2. V porovnaní s vysokoafinitnými hexokinázami typu I - III vykazuje glukokináza zvýšenú citlivosť na oxidáciu voľných postranných skupín SH, čo vedie k tvorbe sírnych mostíkov v dôsledku konformačných zmien, a vďaka tomu sa intracelulárny redoxný stav javí ako regulačný princíp.

V beta bunke by mohol byť enzým fosfofruktokináza typu 2 (PFK2) identifikovaný ako väzobný partner glukokinázy. Jedná sa o bifunkčný enzým, ktorý reguluje jeden z najdôležitejších regulátorov glykolýzy - fruktóza-2,6-bisfosfát - nahor alebo nadol v závislosti od aktivity kinázy alebo fosfatázy. PFK2 predstavuje aktivačného väzbového partnera glukokinázy.Po nadmernej expresii enzýmu v bunkových líniách produkujúcich inzulín bolo možné pozorovať zvýšenie hodnoty Vmax, zatiaľ čo afinita k glukóze zostala nezmenená. Interakcia glukokinázy s PFK2 preto veľmi dobre vysvetľuje zmeny v kinetických parametroch, ktoré sú pozorované pri fyziologickej regulácii glukózou. Výskum glukokinázy má veľký klinický význam, pretože látky, ktoré aktivujú glukokinázu, boli identifikované od 90. rokov. Tieto aktivátory zvyšujú enzýmovú aktivitu glukokinázy a tým zlepšujú sekréciu inzulínu beta buniek pankreasu.
Cieľom štúdií je:

  • skúmať účinky aktivátorov glukózy a GK na intracelulárnu kompartmentalizáciu,
  • charakterizovať interakciu medzi glukokinázou a PFK-2 za podmienok glukózy a lipotoxicity,
  • skúmať mechanizmus interakcie medzi glukokinázou a PFK-2 pomocou fluorescenčne značených proteínov, ktoré umožňujú robiť závery o konformačných zmenách proteínu glukokinázy.

Partner pre spoluprácu

  • Prof. S. Lenzen, Hannover Medical School
  • Prof. L. Agius, Newcastle University, Newcastle, Veľká Británia
  • Prof. A. Lange, University of Minneapolis, Minneapolis, USA