Regulation von Matrix Metalloproteinase-9 durch Insulin in humanen THP-1 Monozyten

Abstract

Das metabolische Syndrom ist ein wichtiger Faktor der erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität. Adipositas und die dadurch bedingte Insulinresistenz und die Hyperinsulinämie sind Hauptcharakteristika des metabolischen Syndroms. Die Insulinresistenz ist gekennzeichnet durch eine Dysbalance in der „mitogenen“ MAP- Kinase und „metabolischen“ PI3-Kinase Signalkaskade, wobei die Aktivierung mitogener Wege überwiegt. Matrix Metalloproteinasen (MMPs) sind proteolytisch aktive Enzyme, die vor allem von mononukleären Entzündungszellen in kardiovaskulären vulnerablen atherosklerotischen Läsionen vermehrt exprimiert werden und damit die Plaquestabilität schwächen können. Besonders MMP-9 zeigt eine große Bedeutung bei Plaquerupturen in Tiermodellen und klinischen Studien zum akuten Koronarsyndrom. Diese Arbeit zeigt die Regulation von MMP-9 durch Insulin in humanen THP-1 Monozyten. Die Stimulation von THP-1 Monozyten durch Insulin zeigte eine zeit- und konzentrationsabhängig gesteigerte MMP-9 Expression. Die Inhibition der Insulinrezeptoraktivierung durch die Inhibition seiner aktivierenden Proprotein Convertase Furin mit dem pharmakologischen Furininhibitor dec-CMK zeigte, dass Insulin MMP-9 durch die Aktivierung des Insulinrezeptors induziert. Zudem schloss ein blockierender IGF-1 Rezeptorantikörper die Beteiligung des IGF-1 Rezeptors an der MMP-9 Induktion aus. Die Untersuchungen der Signaltransduktionskaskade erbrachte, dass die Inhibition der Aktivierung der metabolischen PI3-Kinase durch Wortmannin oder LY294002 keinen Einfluss auf die insulinabhängige MMP-9 Induktion hatte. Hingegen demonstrierte die Inhibition der mitogenen MAP-Kinase durch PD98059 oder U0126 eine signifikante Inhibition der Insulin vermittelten MMP- 9 Induktion in THP-1 Monozyten. Weiter zeigte sich die Identifizierung der Regulation von MMP-9 auf transkriptioneller und translationaler Ebene. Schlussfolgernd kann eine Insulin vermittelte MMP-9 Induktion in THP-1 Monozyten demonstriert werden, welche von der mitogene Signaltransduktionskaskade des Insulinrezeptors abhängig ist, wobei die metabolische Signaltransduktion des Insulinrezeptors keine Rolle spielt. Dieser ist im Zustand der Insulinresistenz gestört. Die Induktion von MMP-9 durch Insulin könnte somit potentiell zu dem proinflammatorischen Zustand und damit zu einer erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität bei Patienten mit Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes mellitus beitragen.

Insulin resistance and hyperinsulinemia are major causes of cardiovascular morbidity and mortality. Insulin resistance is characterised through a defective „mitogenic“ signaling, whereas the „metabolic“ signaling is not involved. Matrix metalloproteinases (MMPs), highly expressed in activated mononuclear cells in vulnerable atherosclerotic lesions, are the main proteolytic enzymes controlling plaque stability. The aim of this study was to investigate the regulation of MMP-9 in THP-1 Monocytes by insulin. Stimulation of MMP-9 expression by insulin was time- and concentration-dependent in human monocytic THP-1 cells. Inhibition of insulin receptor (IR) maturation via inhibition of its activating convertase furin with the pharmacological furin- inhibitor dec-CMK, as well as blocking of IGF-1R function with a IGF-1R blocking antibody, demonstrated that insulin mediates increases in MMP-9 via IR activation. Inhibition of insulin's "metabolic" phosphatidylinositol 3-kinase signaling with wortmannin (50 nmol/L) or LY294002 (2.5 micromol/L) did not prevent insulin-dependent MMP-9 induction. In contrast inhibition of insulin's "mitogenic" Ras-Raf-mitogen-activated protein kinase-kinase pathways with PD98059 (15 micromol/L) or U0126 (2 micromol/L) inhibited insulin-induced MMP-9 gelatinolytic activity in THP-1 cells. Further, the regulation of MMP-9 demonstrated a dependence of Transcription and Translation. This study demonstrates that insulin can induce MMP-9 via mitogenic signaling pathways in THP-1 monocytes, whereas phosphatidylinositol 3-kinase-dependent signaling, typically altered in insulin resistance, is not required. The Induction of MMP-9 by insulin in THP-1 cells may potentially contribute to a pro- inflammatory state and the increased cardiovascular morbidity and mortality in type 2 diabetics.