Role of the subcellular localization of the dual leucine zipper kinase in the pathogenesis of diabetes mellitus type 2
Endocrinology, Diabetology, Metabolism
Final Report Abstract
Ziele dieses Projektes waren die Bedeutung der subzellulären Lokalisation der dual leucine zipper kinase (DLK) und die Bedeutung der Kinase für die Entstehung von Diabetes mellitus Typ 2 zu untersuchen. Mittels CRISPR/Cas9–vermittelter Genomeditierung sollte die DLK in der β-Zelllinie HIT so verändert werden, dass die ATP–Bindungstasche, die beiden Kernerkennungssequenzen oder die Kernexportsequenz zerstört wurde. Es gelang nur die Mutation des ATP– Bindungstasche. Die neu hergestellte, modifizierte HIT-Zelllinie (HIT-K185A) wies eine Reduktion von DLK mRNA und Protein auf; die Genexpression einiger β-zelltypischer Gene (Insulin, Iapp (Islet Amyloid Polypeptid), die Transkriptionsfaktoren Nkx6.1, Nkx2.2 und Pdx1 war vermindert, wohingegen die Expression anderer β-zelltypischer Gene (Transkriptionsfaktoren MafA, MafB, Manf und NeuroD und den Glucose Transporter 2) unverändert war. Die basale und die Glucose – induzierte Insulinsekretion war deutlich reduziert in dieser Zelllinie. Diese Daten lassen vermuten, dass die enzymatische Aktivität der DLK wichtig für die β-Zellidentität der HIT-Zelllinie ist. In den isolierten Inseln von Mäusen (β-DLK-/- - Mäuse), in deren β-Zellen DLK mittels homologer Rekombination deletiert worden war, war die Glucose - induzierte Insulinsekretion im physiologischen Bereich. Die Bedeutung der DLK für die Entstehung von Diabetes mellitus Typ 2 wurde in den β-DLK-/- - Mäusen untersucht. Nach 20 Wochen Westerndiät wiesen die β-DLK-/- - Mäusen im Vergleich zu den Kontrollmäusen (Rip-CRE - und DLKfl/fl - Mäuse) einen niedrigen Blutzuckerspiegel und HbA1c-Wert und einen erhöhten Insulinspiegel im Serum auf. Die isolierten Inseln der β-DLK-/- - Mäuse waren vor dem durch Hochglucose-induzierten Zelltod geschützt, und die Phosphorylierung der proapoptotischen Kinase JNK durch das prodiabetogene Zytokin TNFα war deutlich reduziert. Diese Daten zeigen, dass die β-zellselektive Deletion von DLK in Mäusen zu keiner groben β-Zelldysfunktion führt. Unter präsdiabetischen Stoffwechselbedingungen schützt die β-zellselektive Deletion von DLK schützt die β-Zellen vor den βzelltoxischen, prodiabetogenen Signalen. Die Hemmung dieser Kinase stellt somit ein neuartiges Arzneimittelziel für die Therapie des Diabetes mellitus Typ 2 dar. Mittels strukturbasierten in silico Drug Design Methoden wie Docking/Scoring und Molecular-Dynamics-Simulationen in der ZINC Datenbank unter Verwendung von vier publizierten Röntgenkristallstrukturen und in ersten biologischen Testungen konnten fünf Hitstrukturen als neuartige, potentielle DLK–Inhibitoren identifiziert werden.
Publications
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Regulation of dual leucine zipper kinase activity through its interaction with calcineurin. Cellular Signalling, 82, 109953.
Duque, Escobar J.; Kutschenko, Anna; Schröder, Sabine; Blume, Roland; Köster, Kyra-Alexandra; Painer, Christina; Lemcke, Thomas; Maison, Wolfgang & Oetjen, Elke
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Increase of c-FOS promoter transcriptional activity by the dual leucine zipper kinase. Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology, 396(6), 1223-1233.
Köster, Kyra-Alexandra; Duque, Escobar Jorge; Fietkau, Anja; Toledo, Regina & Oetjen, Elke
