Insuliinin kaksifaasinen eritys ja PI järjestelmä

Insuliinin exosytoosi ja PI järjestelmän osuus.

LÄHDE: ZHANG WEI ( 2004 STH) Studies on proteins Involved in the Molecular regulation of Insulin Exocytosis

http://diabetolognytt.se/detta_nummer01-2005/artikel26.html

Tämä väitöskirja kohdistuu insuliinin eritykseen tyypi II diabeteksessa. Tutkimuksella halutaan löytää parempia keinoja insuliinin erityksen tehostamiseen jolloin 2-tyypin diabeteksen hoito täsmentyisi.Työssä tutkittiin exosytoottisten proteiinien ilmenemistä insuliinia produsoivissa beeta-soluissa ja niiden säätelevää osuutta insuliinin exosytoosissa.

AVAINSANOJA:

Geeni: Munc-132 mammalian homologue of C-elegans unc-18 gene

Entsyymin PI domeeni: phosphotyrosine interaction domain

PI kinaasilajit :

PI-4K, PI 4-kinaasi, fhosphatidyl-inositol 4 –kinase

PI-5K, PI 5 –kinase, phosphatidyl-inositol 5-kinase

PI fosfoinositidilajit:

PIP- laji, PI(4)P phosphatidylinositol 4-phosphate

PIP2-laji, PI(4,5)P2 phosphatidyl inositol 4,5- biphosphate

IPx laji, inositolipolyfosfaattilajit:

IP3-laji, I-(1,4,5)P3, Inositol1,4,5-triphosphate

Soluentsyymi:

PKA proteinkinase A

Kun syntyy eritettäviä aineita kuten insuliinia tai hermonvälittäjäaineita solun peptiditehtaassa, endoplasmisessa reticulumissa (ER), ne kulkeutuvat vesikkeleiss(rakkuloissa) eteenpäin prosessoituen ja lopulta tarvittaessa siirtyvät myös ulos solusta.

Sekä neuroni että endokriinisolu ovat elektrisesti aktiiveja ja niissä on synaptisia/ small clear rakkuloita, pieniä kirkkaita vesikkeleitä (SV)

sekä suuria tiivistumaisia vesikkeleitä, large dense-core vesicles (LDCV).

SV rakkulat sisältävät klassisia neurotransmittoriaineita.

LDCV rakkulat sisältävät neuropeptidejä, biogeenisiä amineja, hormoneja, usein lisäksi yhdessä klassisten välittäjäaineitten kanssa.

Sekä neurotransmittereita että hormoneja vapauttaa tietyt signaalit.

Evoluutionaalista yhtenevyyttä on kaikkien rakkuloitten siinä tavassa, millä ne suorittavat laituroitumisen (docking) solunkalvoon ja sulautumisen eli fuusion päästäkseen ulos (exosytosis). Voidaan olettaa, että samat proteiinit, jotka osallistuvat rakkuloitten säätöön hermonvälittäjäaineitten yhteydessä ovat toiminnassa myös endokrinologisella puolella.

Rakkulan sisällön, hormonin tai hermovälittäjäaineen vapauttaminen on erittäin tarkasti säädelty tapahtuma.. Eritysrakkula kulkeutuu ensin kohtaan, mistä sitten exosytoosi tulee jatkossa tapahtumaan. Sitten tapahtuu asettuminen plasmakalvoon. Tämä on se alkukontakti rakkulan ja plasmakalvon kesken. ”Laituroitunut” rakkula käy läpi priming tapahtuman, kypsymisen, jossa niille tulee kalsiumin esiinliipaisema kyky fuusioon. Lopulta rakkula sulautuu täysin plasmakalvoon, jolloin sisältö vapautuu solun ulkopuolelle. Siis rakkulapallo kuin paikkaa lopuksi itsellään sen aukon, minkä se ensin oli plasmakalvoon tehnyt päästäessään sisällön ulos.

Laituroitumisprosessi ja laiturina toimiva kohta solukalvoa:

Kalvosta ulottuu kuin ”laiturina” pitkiä proteiiniulokkeita solulimaan päin, josta rakkula on tulossa. Niitä kutsutaan termillä exocyst tai Sec6/8 complex. Jos geenissä, joka niitä tuottaa on mutaatio, saattaa rakkulat vain kertyä soluun. Tämä exocyst-proteiinijoukko on konservatiivinen imettävillä eläimillä ja esiintyy yleisesti luomakunnassa.

Miten tämä exokystin proteiinijoukko sitten rekrytoidaan paikoilleen oikeaan exosytoosikohtaan ? Se tapahtuu vuorovaikutuksessa aktiiniin (1997). Exocyst säädellään pienillä GTPaasientsyymeillä (Rab-perheen jäsenillä) Rab inaktivoituu, kun sitoutuu GDP:hen ja jos GTP asettuu GDP:n tilalle, Rab puolestaan aktivoituu. Tämä sykli Rab-proteiinien inaktiivin ja aktiivin vaiheen välillä säätelee docking-järjestelmän proteiinien rekrytointia, exocyst-proteiinijoukon asettumista paikalleen exosytoosikohtaan. Rab jäsenet sijoittautuvat intrasellulaarisiin kalvo-osastoihin. Rab3 ilmentyy erityisen säädellysti sekretorisissa soluissa, kuten beeta-soluissa. Se kontrolloi synaptisten rakkuloitten rekrytoimista ja niitten fuusiota plasmamembraaniin exosytoosin aikana.

KOE-ELÄIN HIIRI

Jokaisessa hiiren beeta-solussa on 10000-13000 insuliinia sisältävää rakkulaa.(2002). Ne kuuluvat kahteen eri rakkularyhmään toiminnallisesti. Vain 0,5 %, noin 50 rakkulaa, kuuluu heti vapautuviin rakkuloihin RRP (Readily Releasable Pool).

Suurin osa laituroituvista rakkuloista kuuluu reserviryhmään, RP (Reserve Pool), jota täytyy kemiallisesti modifioida tai vielä fysikaalisesti translokoida ennenkuin ne ovat niitä “heti- valmiina- vapautettavaksi “ solusta ulos. ( Ämmälä et al 1993).

GLUKOOSIN AIHEUTTAMA KAKSIFAASINEN INSULIININ ERITYS Heti kun verensokeri on noussut, havaitaan ohimenevä insuliinin erityksen stimuloituminen. Tämä vaihe vastaa niitten RRP-rakkuloitten vapautumista. Tämä vaihe kestää 10 minuuttia.

Ensimmäistä vaihetta seuraa ASTEITTAIN esiin kehkeytyvä toinen vaihe (Daniel et al 1999) . Se heijastaa aikatekijästä, kalsiumjonista ja ATP:sta riippuvaista RP-eli reservirakkuloiten mobilisoitumista. Tätä prosessia sanotaan priming-prosessiksi.

Jos insuliinivasteen on herättänyt stimulus, joka ei ole metabolinen, havaitaan vain se I-vaihe. II vaihe taas on energiaa vaativa.

Tyypi2-diabetekselle on ominaista, että insuliinin erityksen ykkösvaihe puuttuu selektiivisesti. Sama tilanne on silloin, kun paastosokerit ovat korkeat.

Kun rakkulat ovat laituroituneet plasmakalvoon, alkaa kalvon energeettisen fosfatidylinositolikaskadin (PI-kaskadin) suorittamat modifikaatiot kalvojärjestelmän mukauttamisessa tapahtumaan, fuusioon ja jälkisulkemiseen. Tämä asia vaatii ATP:ta ja magnesiumia. Mg++ kuten myös inositolista kehkeytyneita fosfolipidejä (PI sarjaa) ja järjestelmän entsyymeitä. Lepäävissä soluissa on plasmakalvossa PIP2 eli PI(4,5)P2. Kun rakkulassa tapahtuu ”priming” tarkennus, siinä syntetisoituu korkeita PI(4,5)P2 pitoisuuksia. On havaittu ,että tässä synteesissä on heikkoutta diabeettisilla koe-eläimillä. PI(4,5)P2 muodon täsmäkehkeytyminen on tärkeä ja edellytys terveelle insuliinin signaloinnille.

(Tämä II-vaihe tarvitsee myo-inositolista kehkeytyvän oikean lipositolisarjan mI, PI, PIP, PIP2 ja tarkan IP3 muodon).

KOMMENTTI:

Diabeettisessa aineenvaihdunnassa on siis myo-inositolin suhteen hankaluuksia: Tämä mielestäni voi johtua myoinositoli-isomeerin ja magnesiumin relatiivisesta puutteesta, joita valuu kehosta pois glukosurian mukana, Joten diabeetikolle on tärkeä välttää glukosuriaa. ja tarkentaa dieettinsä ja lääkityksensä niin, että näitä aineita ei huuhtoudu kehosta.

RAVINTOLÄHTEITTEN TARKISTUS

Inositolia ja magnesiumia saa molempia fytiinipitoisista lähteistä, kuten viljasta, täysjyvistä, myslistä,  palkokasveista, pähkinöistä, soijasta, sesamista ym siemenistä, jotka muutenkin ovat matalalykemisiä ja diabeteksessa soveltuvia ruokia. Läpivuorokautinen vahvasäätöinen diabetesdieetti on olennainen tekijä kautta vuosien. Haittana korkeaglykemisestä dieetistä, missä verensokeri heti nousee huimaksi, syötyä, on munuaiskynnyksen vikuuntuminen ja samalla pääsee magnesiumia ja inositolia yhä enemmän virtsaan, jolloin koko hieno järjestelmä insuliinirakkuloiden herkän säätymisen suhteen on ilman edellytyksiä. Samalla katoaa myös kyky kalsiumin jatkuvaan peruslinjan herisevän herkkään oskillointiin, josta sitten olisi helposti generoitavissa tarvittavan suuri määrä insuliinia ulos solusta jo alkufaasissa. Oskillointi on sammunut tyypin 2 diabeteksessa ja inositolikirjoperäinen energeettinen järjestelmä lakoo muissakin soluissa kuin vain betasoluissa.

Tässä on kommentoitu vain murto-osa tätä hyvää väitöskirjaa. Inositolijärjestelmän energiasta on kirjassa laajemminkin.

Inositolia ei muodostu muuten kehossa, vaan se syödään ravinnossa : Sitä voi solu sitten rikastaa fosfoinositoliksi PI ja PIP ja PIP2 PIP3 muodoiksi tai vapauttaa erilaisiksi fosfaateiksi PIP2 lähteestä käsin, kuten IP3 muodoksi ja sitten taas hajoittaa IMP monofosfaatiksi ja myo- inositoliksi, josta sitten on vaara menettää se, ellei se ala rikastua uudestaan PI suuntaan. Terve keho pystyy rikastamaan signaalivälittäjästä, IP3 muodosta IP4, IP5, IP6, IP7 ja IP8 muotoja, joista kaksi jälkimmäistä ovat niitä pyrofosfaattimuotoja IPP-lajeja. Ihmiskeho käyttää tähän lähinnä vain myo-inositoli-isomeeripohjalle tehtyä koneistoa . Muut isomeerit ovat todennäköisesti modulaattoreita.
Lysosmi käsittelee pyrofosfaattimuotoa. 

14.11.2008 20:03