Einleitung: Orexine sind Neurohormone hypothalamischer Genese, die an der Regulation der Nahrungsaufnahme und Energie-Homöostase des Organismus beteiligt sind. Aus dem gemeinsamen Vorläufermolekül Preproorexin gespaltene Liganden genannt Orexin-A und Orexin-B (OXA, OXB) zeigen eine hohe Sequenzhomologie zwischen den Spezies und binden mit unterschiedlicher Affinität an zwei G-Protein gekoppelte Orexin-Rezeptoren (OX1R und OX2R). Sowohl Orexin-A als auch seine Rezeptoren werden in dem endokrinen Pankreas exprimiert. Ergebnisse von Tierversuchen und Beobachtungen an Narkolepsie- Patienten, weisen darauf hin, dass Orexin-A an der Regulation der Glukosehomöostase beteiligt ist. Die Wirkung von Orexin-A auf die endokrine Aktivität der pankreatischen B-Zellen wurde mittlerweile durch mehrere Studien belegt. Allerdings sind die Effekte von Orexin-A auf die A-Zelle nicht hinreichend bekannt. Ziel der Dissertation war daher die Untersuchung der Effekte von Orexin-A auf die endokrine Funktion pankreatischer A-Zellen. Methodik/Ergebnisse: Im dem Zusammenhang wurden die Expression von Orexin- Rezeptor 1, die Regulation der Glukagon-Freisetzung sowie der Proglukagon- Genexpression durch Orexin-A untersucht. Des Weiteren wurden die zugrunde liegenden Signaltransduktionsmechanismen identifiziert. Orexin-Rezeptor 1 konnte sowohl auf isolierten pankreatischen Inseln, als auch auf einer Glukagon-produzierenden monoklonalen InR1-G9-Zelllinie nachgewiesen werden. Die Detektion von Orexin-Rezeptor 1 gelang auch in einer monoklonalen Insulin- produzierenden INS-1 Zelllinie. Orexin-A hemmte die Glukagon-Freisetzung. Im Gegensatz dazu, stimulierte Orexin-A die Insulin-Freisetzung. Diese Effekte waren mit einer Änderung der intrazellulären Akkumulation von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) und mit der Phosphorylierung des cAMP response element-binding Protein (CREB)- in beiden Zelllinien verbunden. Orexin-A hemmte die Expression von Proglukagon-mRNS und stimulierte die Expression von Proinsulin-mRNS. Die Aktivierung der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) -Signaltransduktionskaskade ließ sich durch die gesteigerte Phosphorylierung von Pyruvat-Dehydrogenase-Kinase-1 (PDK-1) -; Proteinkinase-B (AKT)- und forkhead-box-O1 (FoxO1)–Proteinen nachweisen. Nach pharmakologischer Blockade der Phosphatidylinositol-3-Kinase-Kaskade waren die inhibitorischen Effekte von Orexin-A auf die Proglukagon mRNS-Expression nicht mehr detektierbar. Die experimentelle Suppression der forkhead-box-O1 Protein-Produktion in InR1-G9 Zellen führte ebenfalls zur Aufhebung der Inhibition der Proglukagon- Genexpression durch Orexin-A. Schlussfolgerung: Die vorliegenden Ergebnisse liefern den Beweis dafür, dass Orexin-A mit den pankreatischen A-Zellen direkt interagiert. Orexin-A hemmt die Glukagon-Neusynthese via zyklisches Adenosinmonophosphat sowie Phosphatidylinositol-3-Kinase -abhängige Mechanismen. Die Daten belegen, dass der Transkriptionsfaktor forkhead-box-O1 Protein eine Schlüsselrolle bei der Orexin-A-vermittelten Suppression der Proglukagon-Genexpression spielt. Da eine Fehlregulation pankreatischer A-Zellen zu einer Hyperglukagonämie und dadurch bedingten Verschlechterung der Glukosetoleranz beim Diabetes mellitus Typ 2 führt, kann das Prinzip der Suppression der endokrinen Aktivität pankreatischer A-Zellen durch Orexin-A eine mögliche therapeutische Anwendung bei dieser Stoffwechselerkrankung haben.
Introduction: Orexins are hypothalamic neurohormones regulating feeding behaviour, metabolic homeostasis and energy expenditure. Two isoforms of orexins are known termed as orexin-A and –B, which show highly conserved amino acid sequence homology between species. These peptides are derived from the common precursor protein pre-proorexin. Orexins bind to two orphan G-protein coupled receptors, termed orexin receptor 1 and 2. Both, orexin- A and orexin receptor 1 are present in the endocrine pancreas. Results obtained from animal experiments and clinical observations in narcoleptic patients suggest a role of orexin-A in regulating glucose homeostasis. While the effects of orexin-A on the endocrine activities of pancreatic B-cells have already been demonstrated, the role of this peptide in regulating the functional activities of pancreatic A-cells are not sufficiently known. Methods/Results: Aim of the project was the characterisation of the expression of orexin receptor 1 in pancreatic A-cells and regulation of glucagon secretion, as well as proglucagon gene expression. In addition, crucial signal transduction pathways participating in conferring the effects of orexin-A on pancreatic A-cell functions were evaluated. Orexin receptor 1 was detected in pancreatic A- and B-cells using isolated rat pancreatic islets as well as monoclonal cell lines: glucagon secreting InR1-G9 cells, and insulin-producing INS-1 cells. Orexin-A inhibited glucagon secretion from InR1-G9 cells while stimulating insulin secretion from INS-1 cells. These affects were accompanied in both cell lines by a rise of intracellular cyclic adenosinmonophosphat (cAMP) and increased phosphorylation of cAMP response element-binding Protein (CREB). Orexin-A suppressed proglucagon-mRNA expression, while stimulating that of proinsulin. Orexin-A affected the activity of phosphatidylinositol-3-kinase, pyruvate -dehydrogenase-kinase-1 as well as protein kinase-B. In addition orexin-A contributed to the phosphorylation(inactivation) of forkhead-box-O1 proteins. Pharmacological blockade of the phosphatidylinositol-3-kinase pathway prevented orexin-A at inhibiting proglucagon-mRNA expression. Likewise, experimental suppression of forkhead-box-O1-protein production in InR1-G9 cells prevented orexin-A at inhibiting proglucagon gene expression. Summary: These results indicate that orexin-A directly influences pancreatic A-cell activities. Orexin-A inhibits glucagon synthesis via cyclic adenosine monophosphat and phosphatidylinositol-3-kinase-dependent pathways. In addition, forkhead-box-O1-proteins play a significant role at conferring the inhibitory effects of orexin-A on proglucagon gene expression. Dysfunction of pancreatic A-cells strongly contributes to hyperglucagonemia with consecutive worsening of hyperglycemia in type 2 diabetes. Suppressing endocrine activity of the pancreatic A-cells by orexin-A can be a potential therapeutic principle to restore normoglycemia in this metabolic disease.
