Analyse ROS-induzierter Proteinphosphosphorylierung und -oxidation in der Physiologie und Pathophysiologie der pankreatischen beta-Zelle

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Henze
• Fachliche Zuordnung: Ernährungswissenschaften ; Anatomie und Physiologie ; Biochemie ; Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326234036

Die Pathogenese und Pathophysiologie des Typ 2 Diabetes mellitus sind komplexe Vorgänge. Die Fehlfunktion pankreatischer beta-Zellen und damit ein inadäquater Insulinmetabolismus wurden jedoch als zentrales pathologisches Ereignis identifiziert. Die Ursachen für den Funktionsverlust der beta-Zellen sind vielfältig. Es wird jedoch angenommen, dass insbesondere die vermehrte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) aufgrund einer chronischen Hyperglykämie maßgeblich zur nachhaltigen Schädigung der beta-Zellen beitragen. Allerdings ist auch bekannt, dass geringe Mengen ROS für die Aufrechterhaltung einer adäquaten beta-Zellfunktion und v.a. Insulinsekretion notwendig sind. Dabei scheint in beiden Fällen die ROS-assoziierte Signaltransduktion durch die Oxidation von Cysteinseitenketten und damit verbundenen Änderungen der Proteinstruktur und -funktion vermittelt zu werden. Besonders häufig sind dabei Proteinkinasen und -phosphatasen von ROS-induzierten Oxidationen betroffen. Da diese auch maßgeblich an der Regulation der Insulinsynthese, -verarbeitung und -sekretion beteiligt sind, ist es das Ziel des hier vorgestellten Projektes die Wirkung ROS-induzierter Proteinphosphorylierung und -oxidation auf die Physiologie und Pathophysiologie der Insulinsekretion systematisch und umfassend zu untersuchen. Dabei soll v.a. auch die Interaktion der beiden Modifikationen miteinander berücksichtigt werden. Die Wirkung der ROS auf Proteinphosphorylierung und -oxidation soll dabei in vitro unter Verwendung primärer muriner beta-Zellen sowie der Insulinomzelllinie INS-1E untersucht werden. Die Insulinsekretion wird in diesem Zusammenhang durch Glucose, Glucose-like peptide 1 (GLP-1) und dessen Agonisten sowie Calcium stimuliert und der Einfluss auf die Proteinmodifikation mit und ohne Belastung durch Oxidantien (Wasserstoffperoxid, Menadion) und hohe Glucosekonzentrationen untersucht. Nach definierten Zeitpunkten werden die Zellen geerntet und lysiert und die Proteine enzymatisch verdaut. Die dabei gewonnenen Peptide werden durch isobare Tags markiert und phosphorylierte sowie oxidierte Peptide mittels verschiedener Chromatographietechniken angereichert um sie schließlich mit Hilfe von LC-MS/MS analysieren zu können. Darüber hinaus werden die posttranslationalen Proteinmodifikationen auch in subzellulären Fraktionen charakterisiert (Insulinvesikel und Mitochondrien), die z.B. durch Ultrazentrifugation gewonnen wurden. Schließlich werden die Proteine, die durch diese Verfahren als potenzielle Kandidaten identifiziert wurden, mittels ELISA und Immunoblotting verifiziert und quantifiziert. Die systematische und umfassende Analyse der Proteinphosphorylierung und -oxidation im Zusammenhang mit der beta-Zellfunktion wird nachhaltig zum Verständnis der Pathhogenese und Pathophysiologie des Typ 2 Diabetes mellitus beitragen. Darüber hinaus könnten die Erkenntnisse maßgeblich die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze und pharmakologischer Interventionen unterstützen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Martin Larsen, Ph.D.