Mechanisms of insulin exocytosis and release

Popular Abstract in Swedish Insulin frisatts fran B-cellerna i bukspottkorteln (pankreas) nar blodsockerhalten okar over den normala (80-100 mg per dl), exempelvis efter en kolhydrat- och sockerrik maltid. Medan ?friska? B-celler har formagan att reagera kraftigt redan pa sma (10%) forandringar i blodsockerhalten, sa utvecklar ?alders-diabetiska? B-celler en blodsockerblindhet och insulinfrisattningen okar inte tillrackligt for att balansera det okade insulinbehovet. Inuti den insulinfrisattande B-cellen lagras insulin i ett stort antal sma lagringsblasor. Insulinblasorna kan ses som en sapbubbla innehallande en kristall av insulin. For att insulin skall kunna utova sin biologiska verkan maste dessa lagringsblasor sammansmalta med den omgivande cellvaggen (cellmembranet). Varje B-cell innehaller fler an 10 000 sadana insulinblasor men endast en brakdel (0,5%) av dessa ar omedelbart frisattningsbara. En okad kalciumkoncentration inuti B-cellen till foljd av ett stimulerat kalciuminflode ar den signal som igangsatter frisattningen av insulin. Kalcium transporteras in i cellen genom ett speciliserat transportprotein som bildar en vattenfylld kanal genom cellvaggen, s.k. kalciumkanaler. Avhandlingens forsta del undersoker forhallandet mellan dessa kalciumkanaler och insulinblasorna. En viktig slutsats av detta arbete ar att insulinblasorna och kalciumkanalerna bildar en funktionell enhet. Detta gor att insulinblasorna kan sammansmalta med cellmembranet mycket snabbt (inom en hundradels sekund) vid stimulering av insulinfrisattningen samtidigt som energiatgangen for att aterstalla kalciumhalten till vilonivan minimeras. En serie kemiska reaktioner ar nodvandig for att gora insulinvesikeln frisattningskompetent. Avhandlingens andra huvudtema ar undersokningar av dessa forlopp. Sadana undersokningar ar viktiga eftersom storningar i dessa reaktioner kan tankas medfora minskad insulinfrisattning, t.ex. den som upptrader vid aldersdiabetes. Vi har identifierat ett nytt och, som det forefaller, avgorande steg i utmognadsprocessen som medverkar i en surgorning (d.v.s. en sankning av pH:t) av insulinblasornas inre. Ett komplex av atminstone tre aggviteamnen (proteiner) deltar i forloppet och skulle vara en ideal maltavla for nya blodsockersankande diabetesmediciner. Intressant nog har vissa nu anvanda diabetesmediciner som ?biverkan? att de paverkar just utmognadsprocessen och surgorningen av blasorna. En forhoppning ar att vi genom att karakterisera dessa processer skall kunna ?skraddarsy? nya lakemedel som selektivit paverkar just dessa processer. I det avslutande arbetet har vi utvecklat tekniker som medger undersokningar av lagringsblasorna inuti cellen innan insulin frisatts. De tekniker som hittills anvants av oss och andra har endast medgivit undersokningar av det sista steget, d.v.s. upptradandet av insulin utanfor cellen eller blasornas sammansmaltning med cellmembranet. For att forsta hur insulin frisatts och vad som avgor lagringsblasornas frisattningsformaga ar det naturligtvis viktigt att undersoka de tidigare stegen. Nagot tillspetsat kan man kanske saga att uppfattningen att man kan forsta insulinsekretionens reglering genom att enbart mata insulin ar lika naivt som att tro att man kan forsta hur en bil fungerar genom att undersoka vad som kommer ur avgasroret! Med hjalp av en teknik dar vi gor insulinblasorna fluorescerande (d.v.s. de utsander ljus) har vi kunnat visa att enbart insulinblasor som sitter fast vid cellmembranet frisatts i samband med stimulering. Vi visar ocksa att antalet blasor som sitter fast vid membranet vasentligt overstiger det antal som vid ett givet tillfalle kan frisattas varfor regleringen av insulinfrisattningen till stor del kan ske genom att blasornas frisattningsbarhet okas eller minskas. Nagon fysisk transport av vesiklar inuti cellen ar alltsa inte nodvandig, atminstone inte i det korta perspektivet (<10 min). Vi har ocksa kunnat visa att sjalva frisattningen av insulin ar mycket (100-1000 ganger) langsammare an lagringsblasornas sammansmaltning med cellmembranet. Denna fordrojning beror pa att det tar en viss tid (1-10 s) for att oppningen i membranet (fusionsporen) skall vidgas tillrackligt for att den i sammanhanget ganska stora insulinmolekylen (~0,000004 mm) skall kunna passera. Det framstar som troligt att en liknande fordrojning aven sker i andra cellslag dar aggviteamnen frisatts. Exempel pa sadana celler ar andra hormonproducerande celler men aven frisattningen av s.k. neuropeptider i nervsystemet. Det ar nu vasentligt att undersoka vad som normalt reglerar fusionsporen oppnande samt om denna process kan paverkas farmakologiskt. (Less)