Untersuchung des Mobilitätsverhaltens von Insulingranula im Hinblick auf die Sekretionsleistung unter Einbeziehung des metabolischen Zustands

Gaus, Bastian

doi:10.24355/dbbs.084-202209190836-0

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Untersuchung des Mobilitätsverhaltens von Insulingranula im Hinblick auf die Sekretionsleistung unter Einbeziehung des metabolischen Zustands

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Ausgangspunkt der Arbeit war die Frage, welche intrazellulären Kriterien über die Fusions-kompetenz der Insulingranula entscheiden. Zu diesem Zweck wurde überprüft, ob das Mobi-litätsverhalten der submembranären Granula sowohl nach Desensibilisierung und Ruhestatus als auch während der Modulation der GLP-1-vermittelten Signalwege und Inhibition der oxi-dativen Phosphorylierung Rückschlüsse auf die Sekretionsleistung der MIN6-Zellen zu lässt.

Die Insulingranula zeigten sowohl nach Desensibilisierung als auch Ruhestatus eine Reduktion des Austauschs und der lateralen Mobilität im Submembranärraum. Jedoch war nach Desen-sibilisierung unter anderem die Sekretionsrate sowie die Effizienz des Ca2+-Signals vermindert und nach Ruhestatus erhöht. Ferner zeigte sich auch eine Beeinflussung des Granulaalters. Hier-aus ergibt sich, dass die Anzahl, das Alter und die Mobilität der Insulingranula den Funktions-zustand der Zellen widerspiegeln und möglicherweise zum metabolischen Gedächtnis beitra-gen.

Die Aktivierung der GLP-1-vermittelten Signalwege ging mit einer Steigerung der Exozytose- und Insulinsekretionsrate einher. Nichtsdestotrotz ließ sich kein einzelner Mobilitätsparamter ausmachen, welcher mit der Sekretionsleistung korrelierte, wofür wahrscheinlich der indivi-duelle Grundzustand der Zellen verantwortlich war. Ferner wirken sich diese Signalwege auch direkt auf die Fusionsporenbildung aus. Dieser Interaktion kommt möglicherweise ein höherer Stellenwert als der Beeinflussung der Granulamobilität bei.

Hingegen führte die Inhibition der oxidativen Phosphorylierung zu einer starken Beeinflussung des Granulaverhaltens, wobei die Effekte vom verwendeten Inhibitor abhängig waren. Grund hierfür scheint eine unterschiedliche Selektivität zu sein. Die selektivste Minderung des ATP-Gehalts ging vom Oligomycin aus, welches zu einer Abnahme der Verweildauer sowie zu einer Zunahme der lateralen Mobilität im Submembranärraum führte. Hieraus ist zu schließen, dass das ATP maßgeblich an der Regulation der Granulamobilität beteiligt ist.

Die hier vorgestellte Arbeit zeigt auf, dass der Granulamobilität eine Schlüsselrolle für die Se-kretionsleistung der insulinsezernierenden Zellen beikommt. Zunächst müssen die energe-tischen Voraussetzungen geklärt werden, die für die Rezirkulation der Insulingranula verant-wortlich sind, damit ein spezifisches Muster erkannt werden kann, welches die Beweglichkeit der Granula mit der Insulinsekretionsleistung in Verbindung setzt. Als wegweisendes Target stellte sich das ATP heraus, welches scheinbar nicht nur einen permissiven Effekt hat, sondern wahrscheinlich eine regulatorische Funktion erfüllt.

The starting point of this work was the question which intracellular criteria determine the fusion competence of insulin granules. Therefore, we examined whether the mobility of submembrane granules, both after desensitization and resting state as well as during modulation of GLP-1-mediated signaling pathways and inhibition of oxidative phosphorylation, allows conclusions about the secretion rate of MIN6 cells.

Insulin granules showed a decrease in granule turnover and lateral mobility at the plasma membrane after both desensitization and resting state. However, secretion rate and efficiency of Ca2+-signaling, among others, were decreased after desensitization and increased after resting state. Furthermore, granule age was also found to be affected. This suggests that the number, age, and mobility of insulin granules reflect the functional state of cells and may contribute to metabolic memory.

Activation of GLP-1-mediated signaling pathways was associated with an increase in the rate of exocytosis and insulin secretion. Nevertheless, no single mobility parameter could be identified that correlated with secretion performance, for which the individual basal state of the cells was probably responsible. Furthermore, these signaling pathways also directly affect fusion pore formation. This interaction may be more important than influencing granule mobility.

In contrast, inhibition of oxidative phosphorylation strongly affected granule behavior, although the effects were dependent on the inhibitor used. The reason for this appears to be a difference in selectivity. The most selective reduction in ATP content was from oligomycin, which led to a decrease in residence time as well as an increase in lateral mobility in the submembrane space. So it can be concluded that ATP is crucial involved in the regulation of granule mobility.

The work presented here demonstrates that granule mobility plays a key role in secretory response. First, the energetic requirements of mobility responsible for insulin granule recirculation must be clarified in order to identify a specific pattern linking granule mobility to insulin secretion. ATP turned out to be a relevant target, which appears to have not only a permissive effect but probably a regulatory function.