Regulation of Insulin Secretion in
Relation to Nitric Oxide, Carbon
Monoxide and Acid alpha-Glucoside
Hydrolase Activities

Förtjänstfull experimentell avhandling inom Diabetesområdet 2005

Introduktion
Insulinfrisättning stimuleras främst av förhöjda blodglukosnivåer. I den här avhandlingen har jag studerat glukosstimulerad insulinfrisättning hos normala möss och råttor samt hos milt diabetiska, s.k. Goto-Kakizakiråttor (GK-råttor). I avhandlingen framläggs belägg för att de relativt nyligen uppmärksammade signalsubstanserna kolmonoxid (CO) och kväveoxid (NO) har betydelse för glukosstimulerad insulinfrisättning, och att glykogenolytiska glukosproducerande sura a-glykosidhydrolaser, associerade med vakuolära/lysosomala delar av ß-cellen förefaller vara djupt involverade i regleringen av glukosstimulerad insulinfrisättning, med inverkan både på CO:s och NO:s effekter på denna reglering.
Både NO och CO produceras i de Langerhanska cellöarna. NO produceras av enzymet kväveoxidsyntas (NOS), och CO av enzymet hemoxygenas (HO). Det NO-producerande enzymet NOS finns i olika former, dels i form av ncNOS, en form som hela tiden finns i cellerna och producerar små kvantiteter NO, och dels i form av det inducerbara iNOS, en form som producerar förhållandevis stora mängder NO, och främst aktiveras vid inflammatoriska tillstånd. Även det CO-producerande enzymet HO finns i olika former, dels i form av HO-2, som hela tiden finns i cellerna, och dels i form av det inducerbara HO-1.Man har visat ett samband mellan uppkomst av diabetes typ 1 och förekomst och aktivitet av iNOS, där iNOS-aktiviteten skulle vara involverad i en process som leder till förstörelse av de insulinproducerande ß-cellerna i de Langerhanska öarna. Vi har tidigare visat att NOS-aktivitet och NO har en hämmande inverkan på glukosstimulerad insulinfrisättning och att HO-aktivitet och CO å andra sidan har stimulerande effekter på glukosstimulerad insulinfrisättning. Vi och andra har också tidigare visat att HO-CO-systemet kan motverka de potentiellt negativa effekterna av NOS-NO-systemet på ß-cellens funktion.

Resultat
I avhandlingen kan jag visa att NO hämmar aktiviteten hos de sura a-glukosidhydrolaserna parallellt med en hämning av glukosstimulerad insulinfrisättning, medan CO stimulerar aktiviteten hos de sura a-glukosidhydrolaserna parallellt med en stimulering av glukosstimulerad insulinfrisättning. Selektiv hämning av de sura a-glukosidhydrolaserna leder dessutom till en kraftig hämning av glukosstimulerad insulinfrisättning.
I avhandlingen påvisas flera avvikande karakteristika hos den milt diabetiska GK-råttan. Vi visar att

• GK-råttan har ett dåligt fungerande vakuolärt/lysosomalt system i de Langerhanska öarna där de sura a-glukosidhydrolaserna har normal funktion på enzymnivå, men hindras att fungera normalt på cellulär nivå.
• GK-råttan har Langerhanska öar som uttrycker iNOS, och i in-vitro-experiment påvisas redan vid lågt glukos en tydlig iNOS-aktivitet i öarna, vilket inte ses hos friska råttor. Hämning av NO-produktion resulterade i en ökning av glukosstimulerad insulinfrisättning. Resultaten tyder på att det för GK-råttan typiskt sänkta insulinsvaret på glukosstimulering till en del kan förklaras av en ökad iNOS-aktivitet.
• GK-råttan har ett HO-CO-system med sänkt aktivitet, där total CO-produktion är nedsatt i cellöarna. Öarna i GK-råttan visade sig å andra sidan uttrycka den inducerbara formen av HO (HO-1) vilket skulle kunna tänkas vara ett skyddande svar på hyperglykemin i GK-råttan. Öarna visade också en sänkt CO-produktion som svar på glukosstimulering, jämfört med öar från normala råttor.

Sammanfattning
I avhandlingen visas att två relativt "nyupptäckta", men evolutionärt gamla signalmolekyler, CO och NO, har inflytande på glukosstimulerad insulinfrisättning och ett parallellt inflytande på aktiviteten hos de sura a-glukosidhydrolaserna. Studierna av den diabetiska GK-råttan visar på flera, sannolikt delvis av varandra beroende, avvikande fynd vad gäller de tre studerade enzymsystemen. Resultaten visar på en tydlig koppling mellan dessa avvikelser och den spontandiabetiska GK-råttans dåligt fungerande insulinsvar på glukosstimulering, vilket således antyder att liknande defekter kan bidra till utvecklingen av typ 2 diabetes hos människor.

Henrik Mosén Med dr,
Lunds Universitet
Henrik.Mosen@med.lu.se

|Upp|