Signalerkennung metabolischer Stimuli in der pankreatischen Alpha-Zelle: experimentelle und numerische Untersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Müller; Professor Dr. Ingo Rustenbeck
• Fachliche Zuordnung: Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559811548

Die physiologische Rolle von Glucagon wird v.a. darin gesehen, Hypoglykämien zu verhindern. Insofern ist es logisch, dass bezüglich der Reaktion auf Glucose die Glucagonsekretion der Alpha-Zelle sich als Spiegelbild der Insulinsekretion der Beta -Zelle auffassen lässt. In vivo waren jedoch auch glucagonotrope Wirkungen von postprandial ansteigenden Aminosäuren festzustellen, wie auch im Hungerzustand von der dann ansteigenden Aminosäure Alanin. Hierbei ist unklar, in welchem Ausmaß die Glucagonsekretion durch das vegetative Nervensystem und die benachbarten Beta-Zellen beeinflusst wird und in welchem Ausmaß die Alpha-Zelle über eine endogene Signalerkennung verfügt. Da die Alpha-Zelle ebenso wie die Beta-Zelle Glucokinase und ATP-sensitive Kaliumkanäle exprimiert, wird gegenwärtig angenommen, dass wie auch in der Beta-Zelle die oxidative Phosphorylierung der Glucose und die Aktivität der KATP-Kanäle obligat in die Signaltransduktion eingebunden sind. Unsere bisherigen Untersuchungen weisen jedoch auf wesentliche Unterschiede sowohl in der Reaktion auf Depolarisationsreize als auch im mitochondrialen Stoffwechsel hin. Daher sollen die Untersuchungen zum Stoffwechsel erweitert werden, um zu klären, wie es zum Anstieg des cytosolischen ATP/ADP-Ratio kommt und was die Konsequenzen für die Exozytose sind. Neben Glucose werden auch ausgesuchte Amino-, Keto- und Fettsäuren eingesetzt und zunächst deren Einfluss auf mitochondriale Funktionsparameter charakterisiert. Diese Untersuchungen werden in möglichst engem Vergleich von Alpha- und Beta-Zellen durchgeführt, um dadurch das Gleichartige und das Unterschiedliche schärfer zu trennen. Die anschließenden Messungen der elektrischen Aktivität, der cytosolischen Ca2+-Konzentration und schließlich der Sekretion ermöglichen die umfassende Beschreibung der Stimulus-Sekretionskopplung. Die Glucagonsekretion ist schließlich an intakten Inseln zu messen, wobei der parakrine Einfluss durch die simultane Messung der Insulinsekretion abgeschätzt werden kann. Die Alpha-Zell autonome Sekretion lässt sich durch selektive Hemmung der Beta-Zell Exozytose beurteilen. Hierdurch wird auch der Zusammenhang mit der Sekretion der Glucagon-sezernierenden Zelllinie Alpha TC1 clone 6 hergestellt, die verwendet wird, um den mitochondrialen Sauerstoffverbrauch simultan mit der Glucagonsekretion zu messen. Die Frage, ob die erfassten Funktionen ausreichend sind, um die Stimulus-Sekretionskopplung der Alpha-Zellen zu beschreiben, soll durch Weiterentwicklung von Simulationsverfahren beantwortet werden, die für die Darstellung der Stimulus-Sekretionskopplung in Beta-Zellen entwickelt worden sind. Neu zu entwickeln ist die Simulation des Metabolitenflusses im Citratcyclus, da sich dieser mit großer Wahrscheinlichkeit in beiden Zelltypen unterscheidet. Die Rückkopplung der Simulationsergebnisse dient der Hypothesengenerierung für die experimentelle Überprüfung der Unterschiede zwischen Alpha- und Beta-Zellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen