Die Bedeutung der Protein Kinase C Isoformen PKCα und PKCβ fuer das Acetylcholin-induzierte Calcium-Signal in den pankreatischen β-Zellen der Maus

Abstract

Zusammenfassend konnten wir mit Hilfe der drei untersuchten Maus- Modelle mit PKCα-, PKCβ\- und PKCα-/PKCβ-Defizienz die Beteiligung der beiden Isozyme am ACh-vermittelten intrazellulären Ca2+-Signal in den insulinsezernierenden β-Zellen nachweisen. Hierbei zeigte es sich eine Kombination aus hemmenden, aber auch fördernden Einflüssen dieser PKCIsoformen auf das Ca2+-Signal, wobei vor allem der Einstrom des Ca2+ aus dem extrazellulären Raum beeinträchtigt wurde. Die Freisetzung der Ca2+- Ionen aus den intrazellulären Speichern blieb in unseren Experimenten in allen knock-out-Modellen unbeeinträchtigt. Während die PKCα-Defizienz nur zu einer leichten Verminderung des ACh-bedingten Ca2+-Signals in der Plateau-Phase führte, kam es in den PKCβ-/- β-Zellen zu deutlicher Vergrößerung des Ca2+-Signals nach ACh-Stimulation. Die PKCβ- Defizienz führte hierbei vor allem zur Vermehrung des Ca2+-Einstroms über die spannungsunabhängigen Ca2+-Kanäle, wie in der Versuchsreihe mit Thapsigargin- Blockade der intrazellulären Ca2+-ATPasen nachgewiesen werden konnte. Die PKCβ scheint vorwiegend eine hemmende Wirkung auf den Ca2+-Einstrom auszuüben. Die PKCαβ-/- β-Zellen zeigten eine signifikante Erhöhung des Initial-Peaks nach ACh-Stimulation, der vermehrte Ca2+-Einstrom über spannungsunabhängige Kanäle konnte in den PKCαβ-/- β-Zellen nicht nachgewiesen werden. Während in den PKCα-/- und PKCβ-/- β-Zellen der Ca2+-Einstrom über CaVKanäle nach der Depolarisation der Zellmembran unverändert blieb, zeigten die PKCαβ-/- β-Zellen eine deutliche Verminderung des Ca2+-Einstroms über CaV (CaV 1.2, CaV 1.3) nach der Depolarisation der Zellmembran mit K+- Ionen. Offensichtlich verfügen die cPKC-Enzyme β-Zelle über die Möglichkeit, einander zu kompensieren. Dennoch handelt es sich um Enzyme mit spezifischer Funktion. Die weitere Erforschung dieser Zusammenhänge würde zum besseren Verständnis der physiologischen aber auch der pathophysiologischen Vorgänge in der β-Zelle führen und langfristig auch neue Möglichkeiten zur Entwicklung nächster Generationen unterschiedlicher Antidiabetika führen, die zur Behandlung vom Diabetes Typ 2 beitragen könnten.

PKCα-, PKCβ\- and PKCαβ-deficient mice were used to establish the importance of classical PKC isoforms for the intracellular calcium signaling in pancreatic β-cells. PKC-deficient β-cells showed distinct isoform-dependent changes in calcium signaling, especially the calcium influx through the membrane calcium channels. The intracellular calcium stores were not affected. PKCα deficiency caused minimal decrease in calcium influx in the second phase of intracellular calcium signal due to acetylcholine stimulation. PKCβ deficiency, however, induced increased global calcium influx in acetylcholine associated calcium signaling. Especially the voltage-independent calcium channels (SOC) showed increased influx, as detected by thapsigargin treatment in β-cells. The PKCβ isoform appears to be involved into a negative feedback mechanism of calcium signal regulation due to acetylcholine stimulation. Global cPKC deficiency (PKCαβ-knockout) caused increased initial calcium signal in acetylcholine-treated β-cells. Additionally, global calcium influx through voltage-dependent calcium channels (CaV) was significantly decreased. Therefore, the classical PKC isoforms are able to compensate each other in CaV channel regulation. The better understanding of mechanisms underlying the physiological and pathophysiological regulation in the β-cell is absolutely necessary for future development of novel therapy strategies for type 2 diabetes.