Rolle der GPCR-Signaltransduktion bei der Peptidhormonsekretion in neuroendokrinen Zellen im Darm und im Pankreas

Abstract

The insulinotropic peptide hormone Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) led to intense interest in the use of this peptide for the treatment of patients with type 2 diabetes. The molecular mechanisms of GLP-1 in the β-cells are examined and well understood, whereas the mechanisms leading to GLP-1 secretion in the L-cells are not understood in detail. However the regulation of GLP-1 secretion from intestinal L-cells seems to be similar to the regulation of the insulin secretion in pancreatic β-cells. In the β-cells a number of G-protein coupled receptors influence the insulin secretion and other signal transduction cascades. Due to the fact, that the three G-protein coupled receptors GPR40, GPR119 and GPR120 are expressed in pancreatic β-cells as well as in the intestinal L-cells, the present studies concentrated on the expression and importance of the three receptors and on their intracellular effects in the L-cells and in the β-cells. GPR40, GPR119 and GPR120 are colocalized with GLP-1 in the enteroendocrine L-cells in the rat ileum and colon between the enterocytes. Moreover GPR119 is colocalized with insulin in the pancreatic β-cells. GPR40 and GPR120 are Gαq-coupled receptors, ligands are longchain unsaturated free fatty acids. GPR119 is a Gαs-coupled receptor being activated by lipids like oleylethanolamide. Activation of the three receptors by selective and unselective agonists stimulates GLP-1 secretion and the glucose induced insulin secretion in vitro and ex vivo, whereas GPR119 amplifies the Gαq-induced GLP-1 secretion. Synthetic agonists were able to enhance the fatty acid induced GLP-1 secretion in an additive manner. Glucose also stimulated the GLP-1 secretion in vitro and ex vivo. In L-cells and β-cells it has been shown that GPR40, GPR119 and GPR120 stimulate cell proliferation and inhibit cell apoptosis via different signal transduction pathways in vitro. Hence the present studies make a contribution to the understanding of the importance of GPR40, GPR119 and GPR120 and their signal transduction pathways for the function of the L-cell and the β-cell.

Dem insulinotropen Peptidhormon Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) kommt als potentielles Therapeutikum bei der Therapie des Typ 2 Diabetes eine wesentliche Rolle zu. Während die molekularen Mechanismen der Wirkung von GLP-1 an der β-Zelle der Langerhansschen Inseln des Pankreas untersucht und aufgeklärt sind, ist bis zum heutigen Tag über die Mechanismen, die bei der GLP-1 Sekretion aus den L-Zellen im Darm eine Rolle spielen, sehr wenig bekannt. Jedoch scheint die Regulation der GLP-1 Sekretion aus den L-Zellen der Regulation der Insulinsekretion aus den β-Zellen ähnlich zu sein, wobei in der β-Zelle eine Reihe von G-Protein gekoppelten Rezeptoren die Insulinsekretion und weitere Signaltransduktionskaskaden beeinflussen. Aufgrund der Tatsache, dass die drei G-Protein gekoppelten Rezeptoren GPR40, GPR119 und GPR120 sowohl in den β-Zellen der Langerhansschen Inseln im Pankreas wie auch in den L-Zellen des Darms exprimiert werden, beschäftigte sich die vorliegende Arbeit mit der Bedeutung der drei Rezeptoren sowie ihren intrazellulären Signalwegen in der L-Zelle und der β-Zelle. GPR40, GPR120 und GPR119 sind in den enteroendokrinen L-Zellen im Rattenileum und ?kolon zwischen den Enterozyten mit GLP-1 colokalisiert. Darüber hinaus ist GPR119 in den pankreatischen β-Zellen mit Insulin colokalisiert. GPR40 und GPR120 sind Gαq-gekoppelte Rezeptoren, Liganden sind langkettige ungesättigte Fettsäuren. GPR119 ist ein Gαs-gekoppelter Rezeptor, der durch die Bindung von Lipiden wie Oleylethanolamid aktiviert werden kann. Die Aktvierung dieser drei Rezeptoren durch selektive und unselektive Agonisten stimulierte die GLP-1 Sekretion und die glukoseinduzierte Insulinsekretion in vitro und ex vivo, wobei GPR119 die Gαq-induzierte GLP-1 Freisetzung verstärkte. Synthetische Rezeptoragonisten waren in der Lage, die fettsäureinduzierte GLP-1 Sekretion additiv zu erhöhen. Stimuliert werden konnte die GLP-1 Sekretion außerdem durch Glukose. In L-Zellen und β- Zellen wurde in vitro gezeigt, dass GPR40, GPR119 und GPR120 über verschiedene Signalwege die Zellproliferation stimulieren und die Zellapoptose inhibieren. In der vorliegenden Arbeit wurde somit ein wesentlicher Beitrag zum Verständnis der Bedeutung von GPR40, GPR119 und GPR120 und deren Signaltransduktionswege für die Funktion der L-Zelle und α-Zelle geleistet.