GLP-1 UND INSULINSEKRETION
Überblick über den ATP-empfindlichen Weg.
Die glucose-stimulierte Insulinsekretion (GSIS) wird durch eine Reihe von ionischen und nichtionischen Signalwegen reguliert, die auch als KATP-abhängige und-unabhängige Signalwege bezeichnet werden (34,35). Der KATP-abhängige Mechanismus der Stimulus-Sekretion-Kopplung wird in Abb. 1., Im Allgemeinen passt die β-Zelle die Insulinsekretion über den Glukosestoffwechsel an den vorherrschenden Blutzuckerspiegel an. Wenn der Glukosespiegel ansteigt, steigt die Glykolysegeschwindigkeit, wodurch Substrate (hauptsächlich Pyruvat) für den mitochondrialen oxidativen Stoffwechsel erzeugt werden, deren Ergebnis die Erzeugung von ATP oder genauer gesagt eine Erhöhung des ATP-zu-ADP-Verhältnisses ist (36). Dieses Ereignis stellt die funktionelle Verbindung zwischen einem Glukoserimpuls und der Insulinsekretion her., Die Erhöhung dieses Verhältnisses bewirkt den Verschluss von β-Zell-KATP-Kanälen, was zu einer Depolarisation der Plasmamembran, Aktivierung spannungsabhängiger Ca2+-Kanäle (VDCCs) und einer Erhöhung der intrazellulären Konzentration von Ca2+ (i), dem Hauptauslöser für die Insulinsekretion, führt. Die Repolarisation von β-Zellen wird wahrscheinlich durch spannungsabhängige K+ (Kv)-Kanäle und Ca2+-empfindliche spannungsabhängige K+ (KCa)-Kanäle (37) vermittelt, die sich als Reaktion auf eine glukoseinduzierte Membrandepolarisation öffnen, um den Außenfluss von K+wiederherzustellen., GLP-1 wird vorgeschlagen, GSIS zu modulieren, indem die Aktivität mehrerer Ionenkanäle reguliert wird, die an der KATP-abhängigen Insulinsekretion beteiligt sind, sowie Schritte distal zur Kanalmodulation.
GLP-1-und β-Zell-KATP-Kanäle.
Eine der vielen beobachteten zellulären Wirkungen von GLP-1 ist die Hemmung von β-Zell-KATP-Kanälen (38-40). Die resultierende Membrandepolarisation, die durch den KATP-Kanalverschluss induziert wird, initiiert den Ca2+ – Zustrom durch VDCCs und löst die exozytotische Freisetzung von Insulin aus., Abbildung 2 zeigt die exzitatorische Wirkung von GLP-1 auf das Membranpotential und seine inhibitorische Wirkung sowohl auf native KATP-Kanalströme von INS-1-Zellen als auch auf Ströme, die durch rekombinante KATP-Kanäle (SUR1/Kir6.2) vermittelt werden, die mit dem GLP-1-Rezeptor in einer Säugetierzelllinie koexprimiert sind. Die physiologischen Folgen eines GLP-1-erleichterten KATP-Kanalschlusses wären: 1) Erhöhung der Erregbarkeit von Zellen, die bereits über der Schwelle für die Insulinfreisetzung liegen, und 2) Erhöhung des Prozentsatzes von β-Zellen, die Insulin aktiv in Glukosekonzentrationen sezernieren normalerweise unterschwellig für die Freisetzung von Insulin.,
Der Konsens ist, dass die hemmende Wirkung von GLP-1 auf KATP-Kanäle cAMP/PKA-abhängig ist (38-41), obwohl eine Studie mit Ratten-β-Zellen anderer Meinung ist (42). Diese Behauptung von Suga et al. (42) basiert auf ihrer Feststellung, dass der spezifische PKA-Inhibitor Rp-1 (100 µmol/l) die zelluläre Depolarisation und Reduktion des durch GLP-1 ausgelösten ganzzelligen KATP-Stroms nicht verhindern konnte. Die Vollständigkeit der PKA-Hemmung durch Rp-cAMPS sollte in Frage gestellt werden, da Forskolin in derselben Studie auch bei Rp-cAMPS eine signifikante Insulinsekretion induzierte. Zweitens, Suga et al., schlagen Sie vor, dass GLP-1 eine leichte Erhöhung der ATP-Empfindlichkeit des KATP-Kanals verursacht, so dass bei niedrigen mikromolaren ATP-Konzentrationen der KATP-Kanal anfälliger für den Verschluss ist. In der normalen Pankreas-β-Zelle der Ratte sind jedoch millimolare ATP-Spiegel vorhanden (43), und bei diesen physiologischen ATP-Spiegeln wird eine sehr ähnliche KATP-Kanalöffnungswahrscheinlichkeit (Po) in Abwesenheit und Vorhandensein von GLP-1 wie folgt vorhergesagt. Unsere Berechnungen zeigen, dass bei einem intrazellulären Wert von 2 mmol/l der KATP-Kanal Po in Gegenwart von GLP-1 von 0,005 auf 0,003 reduziert wird., Es ist plausibel, dass eine Verschiebung der ATP-Empfindlichkeit nach links in Gegenwart von GLP-1 auftritt. Die beobachtete Größe der GLP-1-induzierten KATP-Stromreduzierung ist jedoch in ganzzelligen Patch-Clamp-Aufnahmen zu sehen (Abb. 2) ist wahrscheinlich zu groß, um allein auf die aus den Daten von Suga et al. berechneten geringen Po-Abnahmen zurückzuführen zu sein. (42). Neuere Arbeiten aus unserem Labor haben gezeigt, dass der membranpermeante spezifische PKA-Inhibitor H-89 (44) in der Lage ist, die KATP-Stromminderung durch GLP-1 (45) vollständig zu hemmen., Darüber hinaus haben andere ähnliche Ergebnisse mit Rp-8-Br-cAMPS gezeigt, einem membrandurchlässigeren Analogon von Rp-cAMPS (38,41). Die Wirkung von GLP-1 auf KATP-Kanäle kann auch andere Signalwege beinhalten, da die KATP-Kanal-Hemmung durch GLP-1 in Maus-β-Zellen nachweislich calmodulinabhängig war, wobei die Calmodulin-Inhibitoren W-7 und Calmidazolium (46) verwendet wurden.
Die Glukoseabhängigkeit von GLP-1-Aktionen ist gut etabliert, obwohl die genauen Mechanismen für diese Abhängigkeit unklar sind (41,47)., Die zellulären Wirkungen von PKA auf den KATP-Kanal können jedoch eine Verbindung zwischen dieser Kinase und der Glukosesensitivität von GLP-1 herstellen. Andere Gruppen haben gezeigt, dass die Zugabe der katalytischen Untereinheit von PKA (cPKA) zu ausgeschnittenen Pflastern, die KATP-Kanäle enthalten, zu einer Vergrößerung des KATP-Stroms führt (39,48). Unser Labor hat kürzlich gezeigt, dass die Wirkung von cPKA auf den KATP-Strom von ADP abhängt (45). Wenn ADP-Werte erhöht sind, erhöht cPKA den KATP-Kanalstrom in einem rekombinanten System, im Einklang mit den Ergebnissen von Lin et al. (39)., Umgekehrt verringert cPKA den KATP-Strom, wenn die ADP-Werte gesenkt werden (45). Physiologisch kann dies zu einer vernachlässigbaren Verstärkung der β-Zell-Erregbarkeit führen, wenn der Glukosespiegel niedrig (hoch) ist, während bei einem Anstieg des Glukosespiegels (niedrig) ein GLP-1-vermittelter Verschluss der KATP-Kanäle über einen PKA-abhängigen Weg zu Membrandepolarisation und anschließender Erhöhung der β-Zell-Erregbarkeit führt., Besonderes Augenmerk muss bei der Betrachtung der KATP-Kanalaktivität auf das zelluläre ATP-zu-ADP-Verhältnis gelegt werden, da Veränderungen in diesem Verhältnis, mehr als nur Veränderungen der intrazellulären per se, die Aktivität der KATP-Kanäle in der intakten β-Zelle bestimmen. Freies ATP wird innerhalb der Zelle durch Membran-und zytosolische ATPasen (43) stark gepuffert und wird bei erhöhtem Glukosestoffwechsel voraussichtlich nicht signifikant verändert (36). Im Gegensatz dazu ist die reziproke Änderung des ADP, die nicht in gleichem Maße gepuffert ist, signifikanter und führt zu einer Änderung des ATP-zu-ADP-Verhältnisses (36)., In der Tat wurde die Bedeutung von ADP für die Kontrolle der β-Zell-KATP-Kanalaktivität nachgewiesen, da Mutationen im ADP-Sensorbereich des menschlichen KATP-Kanals zu unkontrollierter Insulinsekretion und Hypoglykämie führen (49). Die molekulare Identität der PKA-Phosphorylierungsstelle (en) ist von erheblicher Bedeutung und wird noch untersucht. Sowohl die Kir6.,2 und SUR1-Untereinheiten des KATP-Kanals enthalten mutmaßliche Zielsequenzen für die PKA-vermittelte Phosphorylierung (39,48), und eine systematische Mutation dieser Rückstände sollte die relativen Beiträge dieser Stellen zur Wirkung von PKA auf den KATP-Kanal klären.
GLP-1, VDCCs und intrazelluläre Ca2+ speichert.
Es wurde gezeigt, dass GLP-1 die Ströme durch VDCCs in Maus -, Ratten–und menschlichen β-Zellen verstärkt (38,50-52), obwohl das Ausmaß dieses Effekts variiert und oft keine statistische Signifikanz erreicht., Es wurde gezeigt, dass GLP-1 in einzelnen menschlichen β-Zellen die VDCC-Aktivität vom L-Typ erhöht und die Amplitude der Depolarisation intrazelluläre Calciumtransienten hervorruft, ein Effekt, der 40% des Anstiegs der GLP-1-potentierten Exozytose ausmacht (52). Obwohl VDCCs vom L-Typ klassisch als die Hauptregulatoren des Ca2+ – Zuflusses angesehen werden, die zur Insulinsekretion führen, ist bekannt, dass β-Zellen mehrere Ca2+ – Kanal-Isoformen exprimieren (53). Pereverzev et al. (54) berichtete kürzlich, dass Mäuse, denen die a1E-Isoform von Cav2.3 fehlt, die Glukosetoleranz verringert und die Insulinreaktionen auf Glukose verringert haben., Sie spekulieren, dass die G-Protein-Regulation dieses Kanals die Insulinsekretion basierend auf der Muscarin-Acetylcholin-Rezeptor-Regulation von VDCCs in vitro modulieren kann (55).
Wir haben in HIT-T15-Insulinomzellen, die mit dem GLP-1-Rezeptor transfiziert wurden, festgestellt, dass GLP-1 einen Anstieg spannungsabhängiger Ca2+-Ströme verursacht (siehe 56 und Abb. 3A). Dies ist zumindest teilweise auf eine Linksverschiebung der Spannungsabhängigkeit der Aktivierung zurückzuführen, die an die Wirkung der VDCC-Phosphorylierung durch PKA erinnert (57,58)., Wir beobachteten auch eine Verschiebung der Spannungsabhängigkeit der Steady-State-Inaktivierung nach rechts, so dass in Gegenwart von GLP-1 weniger Kanäle bei einem gegebenen Haltepotential effektiv inaktiviert wurden (50). Unterstützt wird dies durch die Britische et al. (50), who schlagen vor, dass die GLP-1-Behandlung von Maus-β-Zellen die Inaktivierung spannungsabhängiger Ca2+ – Ströme verlangsamt. Zusätzlich führte GLP-1 erst nach Glukosezugabe zu einem Anstieg des intrazellulären Calciums, ein Effekt, der teilweise durch VDCC-Antagonisten blockiert wurde (Abb. 3C)., Die Fähigkeit von GLP-1, Ca2 + – Ströme zu verstärken, ist, wie die Wirkung auf KATP-Kanäle, cAMP-abhängig (51,52), basierend auf der Fähigkeit von Rp-cAMPS, einen Anstieg der Ströme zu verhindern. In der Tat replizierte die Behandlung von Ratten-β-Zellen mit Dibutyrylcyclic-AMP, einem membrandurchlässigen cAMP-Analogon, die Wirkung von GLP-1 auf Ca2+ – Ströme (51)., Darüber hinaus ging in unseren Studien (56) die VDCC-Reaktion auf GLP-1 in HIT-T15-Zellen verloren, die einen mutierten GLP-1-Rezeptor exprimierten, dem kritische Rückstände für die Kopplung an Adenylylcyclase fehlten, während die VDCC-Aktivität durch den cAMP-unabhängigen Agonisten BAYK8644 noch verstärkt werden konnte. Jüngste Beweise deuten darauf hin, dass ein A-Kinase-Verankerungsprotein (AKAP), AKAP18, auf PKA zu VDCCs abzielt und dass diese Kinase an der GLP-1-Modulation dieser Kanäle beteiligt sein kann (59).,
Zusätzlich zu den Auswirkungen auf VDCCs kann GLP-1 intrazelluläre Calciumspeicher camp-abhängig mobilisieren (60,61), was möglicherweise zur oszillierenden i-Reaktion auf GLP-1 in HIT-T15-Zellen beiträgt (Abb. 3C) (62). Unsere Studien legen nahe, dass die GLP-1-Anwendung zu Schwingungen in i in HIT-T15-Zellen führt und dass diese Schwingungen nicht durch Entfernung von extrazellulärem Ca2+ oder durch VDCC-Blockade (obwohl sie in der Amplitude verringert sind) abgeschafft werden (Abb. 3C)., Tatsächlich werden in einer Reihe von Zelltypen Ca2+-Schwingungen, die durch einen Agonisten induziert werden, hauptsächlich durch Ca2+ – Freisetzung durch Inosit-Trisphosphat (IP3) und/oder Ryanodin-empfindliche Speicher (63-65) verursacht. In β-Zellen mobilisiert GLP-1 Ca2+ – Speicher zum großen Teil durch Sensibilisierung des Ryanodinrezeptors (wahrscheinlich der Typ-2-Isoform RYR-2) für den Prozess der Ca2+ – induzierten Ca2+ – Freisetzung (CICR) (61,66). Mehrere Studien haben gezeigt, dass GLP-1 i PKA-unabhängig erhöhen kann (67-69)., Dieser Mechanismus wurde kürzlich CICR aus ryanodinempfindlichen Speichern über cAMP-regulierten Guaninnukleotidaustauschfaktor II (GEF-II oder Epac2) und seine Wechselwirkung mit dem Ras-bezogenen kleinen G-Protein Rap1 oder Rab3 small G-Protein Effector Rim2 (68) zugeschrieben. Die Bedeutung von cAMP-GEF-II-Rim2 wurde nachgewiesen, da die Inaktivierung dieses Komplexes (durch Antisense-Oligonukleotide oder mutierte Konstrukte) die sekretorische Reaktion von Mausinseln oder MIN6-Insulinomzellen auf GLP-1 abschwächte (67)., Da die Affinität von cAMP zu PKA im Vergleich zu cAMP-GEF-II (∼10 mmol/l) viel höher ist (∼100 nmol/l), ist es interessant zu spekulieren, dass der GLP-1-stimulierte cAMP-GEF-II-Pfad eher auf einem Anstieg des lokalen Lagers als auf globalen Veränderungen beruhen könnte., Obwohl die GLP-1-Rezeptorsignalisierung die IP3-Produktion in GLP-1-rezeptorexprimierenden COS-Zellen stimuliert (70), ist eine Rolle für IP3-empfindliche Ca2+-Speicher in Global i zweifelhaft, da die GLP-1-stimulierte IP3-Produktion in primären β-Zellen Berichten zufolge minimal ist (71,72) und der IP3-Rezeptorantagonist Xestospongin C die Freisetzung intrazellulärer Ca2+ – Speicher durch Forskolin-Behandlung nicht blockieren konnte (68). Die IP3-regulierte Ca2+ – Freisetzung aus Insulingranulaten wurde jedoch durch die Studien von Nakagaki et al., (62), who schlagen vor, dass GLP-1 die zeitliche und räumliche Freisetzung von intrazellulärem Calcium durch lokale IP3-Signalisierung eindeutig regulieren kann. Somit trägt die GLP-1-vermittelte Freisetzung intrazellulärer Speicher zusammen mit der Potenzierung des Ca2+-Eintritts durch VDCCs wahrscheinlich zur insulinotropen Wirkung von GLP-1 bei.
GLP-1 und β-Zell-Kv-Kanäle.
Spannungsabhängige K+ – Ströme, wie sie durch Kv-oder KCa-Kanäle vermittelt werden, vermitteln die Repolarisation von β-Zellen nach einem depolarisierenden Stimulus wie Glukose (37)., Kürzlich berichteten wir, dass Kv1-und Kv2-Familienkanäle die Insulinsekretion regulieren, da der dominant-negative funktionelle Knockout einer dieser Kanalfamilien die GSIS verbesserte (73). Kv2. 1-Kanäle vermitteln den größten Teil dieses Effekts (>60%), dessen Mechanismus eine verstärkte glukosestimulierte Membrandepolarisation und einen Ca2+-Eintrag beinhaltet (unveröffentlichte Beobachtungen). Da β-Zell-Kv-Ströme potente glukoseabhängige Regulatoren der Insulinsekretion sind, stellten wir die Hypothese auf, dass physiologische Sekrete wie GLP-1 die Kv-Kanalfunktion regulieren können., In der Tat berichten wir an anderer Stelle in dieser Ergänzung, dass der GLP-1-Rezeptoragonist Exendin 4 spannungsabhängige äußere K+-Ströme in Ratten-β-Zellen hemmt, die in der Vollzellkonfiguration um 40% spannungsgeklemmt sind, und den zeitlichen Verlauf der β-Zell-Repolarisation nach vorübergehender Depolarisation durch Strominjektion signifikant verlängert. Dies ist im Vergleich zu einer 86% igen Reduktion der K+ – Ströme, die mit dem allgemeinen Kv-Kanalantagonisten Tetraethylammonium erreicht wurde, ein gutes Ergebnis. GLP-1 antagonisierte spannungsabhängige äußere K+ – Ströme in Ratten-β-Zellen in Abwesenheit von Glukose., Dieser Effekt kann jedoch immer noch zur Glukoseabhängigkeit des insulinotropen Effekts von GLP-1 beitragen, da Kv-Kanäle normalerweise erst nach einer glukoseinduzierten Depolarisation der Zellmembran aktiv sein dürften (37). Zusätzlich und ähnlich der Wirkung von GLP-1 auf die anderen oben genannten Ionenkanäle ist die Exendin-4-vermittelte Hemmung von β-Zell-Kv-Kanälen von der cAMP-Signalgebung abhängig. Eine kürzlich durchgeführte Studie deutete jedoch darauf hin, dass die cAMP-Signalisierung an sich nicht ausreichte, um spannungsabhängige K+-Ströme in einer insulinsekretierenden Zelllinie (INS-1) zu bekämpfen (74).,
Zahlreiche Studien haben Auswirkungen hormonvermittelter Veränderungen in spannungsabhängigen K+-Strömen beschrieben, sowohl exzitatorisch als auch inhibitorisch. Die am besten charakterisierte dieser Effekte ist die spannungsabhängige K+ Strom-Downregulation in Lymphozyten und die Upregulation in Herzmyozyten (75,76). In beiden Geweben wurde der cAMP / PKA-Signalweg an der Regulierung dieser Kanäle beteiligt (76,77)., Berichten zufolge kann cAMP spannungsabhängige K+-Ströme in murinen Lymphozyten (76) und einer Hypophysenzellleitung (78) reduzieren, aber spannungsabhängige K+-Ströme in Herzmyozyten (77) verstärken, ein Befund, der auf einkanaliger Ebene in den atrialen Myozyten (79) und dem Riesenkalmaraxon (80) bestätigt wurde., Die Phosphorylierung kann direkt auf dem Kanal erfolgen, da die PKA-Phosphorylierung eines atrialen Kv-Kanals in der Nähe des NH2-Terminus die Kanalaktivität (81) verstärkt und die Phosphorylierung von Kv1-Kanal-α-Untereinheiten das Ausmaß der Hemmung dieser Kanäle reguliert, die durch eine regulatorische β-Untereinheit (82) übertragen wird. Die Phosphorylierung von β-Untereinheiten selbst kann auch die regulatorische Wechselwirkung mit porenbildenden α-Untereinheiten modulieren (83). Es wurde kürzlich gezeigt, dass die Regulierung eines kardialen Kv-Kanals (KvLQT) durch cAMP die Expression von AKAP15/18 oder AKAP79 erfordert (84)., Zusätzlich ist ein Anstieg des spannungsabhängigen K+-Stroms an der adrenalininduzierten Hemmung des glukoseabhängigen Anstiegs von i in ob/ob-und + / + -Maus-β-Zellen (85) beteiligt, da der Effekt durch Tetraethylammonium umgekehrt wurde. Interessanterweise wurde die hemmende Wirkung von Adrenalin auf i auch durch den Adenylylcyclaseaktivator Forskolin (85) umgekehrt. Daher glauben wir, dass es immer mehr Hinweise darauf gibt, dass die hormonelle Modulation von Kv-Strömen physiologisch wichtig ist. Insbesondere wird erwartet, dass die GLP-1-Hemmung dieser Ströme zu einer erhöhten β-Zell-Erregbarkeit führt.,
GLP-1 und andere β-Zell-Ionenkanäle.Es ist seit langem bekannt, dass
– Erhöhungen im intrazellulären cAMP Na+ – Ströme verstärken (86), ein Effekt, der durch direkte Kanalphosphorylierung durch PKA vermittelt werden kann (87). Eine vorübergehende Na+ aktuelle Reaktion auf cAMP war erste beschrieben in gastropod Neuronen und bezeichnet INa(cAMP) (88)., In insulinsekretierenden Zellen wurde kürzlich die RNA-Expression der nicht selektiven Kationsgene mSTRPC4 und LTRPC2 in Insulinomzellen bzw. menschlichen Inseln nachgewiesen (89), und es wurde berichtet, dass cAMP die Genexpression von mNSC1 induziert, die für einen mausspezifischen Kationskanal (NSCC) kodiert (90). Es wird angenommen, dass GLP-1 einen NSCC verstärkt, der überwiegend Na+ – Ströme trägt (91,92). Dieser Effekt tritt durch GLP-1-Aktivierung der cAMP-Signalisierung und Freisetzung intrazellulärer Ca2+ – Speicher auf und kann als weiterer wichtiger modulatorischer Weg für GLP-1 in der β-Zelle dienen (40)., Es ist nicht klar, ob die durch GLP-1 aktivierten NSCCs dem nicht selektiven Kationenstrom entsprechen, der durch Aktivierung des Ca2+-Sensorrezeptors (93) erzeugt wird, aber es wird berichtet, dass der letztere Effekt keine Aktivierung der Gs-Untereinheit beinhaltet und daher möglicherweise nicht den cAMP/PKA-Weg beinhaltet.
Über die Auswirkungen von GLP-1 auf andere Ionenkanäle ist wenig bekannt. Zellschwellungsaktivierte Cl-Ströme wurden in insulinsekretierenden Zellen nachgewiesen (94), eine Rolle für diese Kanäle bei der Insulinsekretion ist jedoch unklar., Cl-Kanäle wie Mukoviszidose-Transmembranleitwertregler und nach außen rektifizierende Cl− Kanäle werden durch cAMP/PKA-Signalisierung aktiviert (95). Bei Auftreten in der β-Zelle würde dieser Effekt tendenziell die Depolarisation fördern. Ein Bericht legt nahe, dass GLP-1 einen Ca2+-empfindlichen Cl− Strom in Xenopus-Oozyten aktiviert, der den GLP-1-Rezeptor (96) exprimiert, ein Effekt, der von der Ins(1,4,5)P3-abhängigen intrazellulären Ca2+ – Mobilisierung abhängt (96). Es bleibt jedoch abzuwarten, ob GLP-1 Cl-Ströme in insulinsekretierenden Zellen stimulieren kann.
GLP-1 und Exozytose.,
Glukose kann unabhängig von ihren gut charakterisierten Wirkungen, die durch die Hemmung der KATP-Kanäle ausgelöst werden, eine stimulierende Wirkung auf die Insulin-Exozytose ausüben. Die Bedeutung dieses Weges kann zum Teil dadurch erkannt werden, dass Mäuse mit einer gezielten Störung des KATP (Kir 6.2 oder SUR1) keine offensichtlichen Anomalien der Glukosetoleranz aufweisen (97,98). Die KATP-unabhängige Insulinsekretion ist nicht gut verstanden und es wird angenommen, dass sie mehrere Signale beinhaltet, die auf nichtionische Ziele einwirken, insbesondere die distalen Schritte der Exozytose., Es wurde vorgeschlagen, dass der Glukosestoffwechsel für diesen stimulierenden Effekt erforderlich ist und dass wahrscheinliche Signale ATP, cAMP, Glutamat und Malonyl-CoA umfassen (rev. in 99 und 100). Angesichts der Tatsache, dass ATP, cAMP und PKA alle in den exozytotischen Prozess involviert sind, ist es plausibel zu glauben, dass GLP-1 distale Wirkungen auf die Ionenkanäle haben und die Insulinsekretion weiter verstärken kann. Es ist allgemein bekannt, dass Wirkungen, die GLP-1-induzierte cAMP-Akkumulation und PKA-Aktivierung unterdrücken, die Insulinsekretion hemmen, was darauf hindeutet, dass cAMP und/oder PKA die plausiblen Effektoren sind (101)., In Maus-β-Zellen kann nur ein Bruchteil der Exozytose durch Wirkungen auf die Stimulus-Sekretion-Kopplung (102) erklärt werden. Aus Studien, die zeigen, dass cAMP die Sekretion in Gegenwart von niedrigem und hohem i induziert, wird vorgeschlagen, dass cAMP die exozytotische Maschinerie sensibilisiert. Studien mit photoreleasable cAMP und PKA-Inhibitoren zeigen, dass cAMP PKA-abhängige und-unabhängige Effekte auf die Exozytose hervorruft. Ein cAMP-Anstieg, unabhängig von der PKA-Aktivierung, scheint die Exozytose des leicht freisetzbaren Pools in β-Zellen zu beschleunigen (103)., Die PKA-abhängige Mobilisierung von sekretorischen Granulaten scheint im Gegensatz zur cAMP-Erzeugung selbst einen Glukosestoffwechsel (erhöhtes ATP/ADP) zu erfordern und beinhaltet die Translokation von Granulaten (103.104). Ein solcher Effekt würde die Größe des leicht lösbaren Pools erhöhen, die Nachfüllrate des Pools erhöhen und die Exozytose verstärken. Da GLP-1 sowohl cAMP als auch PKA erhöhen kann, können aus diesen Daten Auswirkungen auf die Exozytose impliziert werden., Es gibt mehrere potenzielle Zielproteine für die Wirkung von GLP-1, einschließlich β-Zell-löslicher N-Ethylmaleimid-sensitiver Faktor-Attachment-Protein-Rezeptor (SNARE) – Proteine (105).
GLP-1 und intrazelluläre Energiehomöostase.
Neuere Studien an klonalen β-Zellen legen nahe, dass die insulinotropen Wirkungen von GLP-1 teilweise durch eine PKA-abhängige Stimulation der hormonsensitiven Lipase (HSL) vermittelt werden (106). Es wird vorgeschlagen, dass lipolytische Wirkungen von GLP-1 den Abbau von Trigyceriden zu freien Fettsäuren in β-Zellen verursachen, die dann in langkettiges CoA umgewandelt werden., Ein Anstieg der freien Fettsäuren könnte dann Substrat für die mitochondriale Oxidation und ATP-Produktion liefern, was zu einem größeren Anstieg des intrazellulären ATP-zu-ADP-Verhältnisses und einer weiteren Hemmung der KATP-Kanäle führt. Da ATP selbst die Exozytose beeinflussen kann, können einige der Wirkungen von GLP-1 darin bestehen, auf die distalen Schritte der Exozytose abzuzielen, wie oben erwähnt. In mehreren Studien wurde gezeigt, dass ATP die Exozytose unabhängig von der zellulären Depolarisation deutlich erleichtert, jedoch von Ca2+ abhängig ist (99)., Somit könnte ein weiterer potenzieller Mechanismus die GLP-1-induzierte Insulinsekretion erklären.