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Die Rolle der 12/15-Lipoxygenase in der Pathogenese der Insulinresistenz : Untersuchungen an der Alox15-Knockout-Maus

Vahsen, Sonja


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Freie Schlagwörter (Deutsch): 12/15-Lipoxygenase , Insulinresistenz , Alox15-K.O.-Maus , Aktinzytoskelett , GLUT4-Translokation
Freie Schlagwörter (Englisch): lipoxygenase , actin cytoskeleton , GLUT4 , alox15 knockout mouse , insulin resistance
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Klinik für Kleintiere, Innere Medizin der Kleintiere und klinische Laboratoriumsdiagnostik; Deutsches Diabetes-Zentrum an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für klinische Biochemie und Pathobiochemie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.07.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 12.08.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Die Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase wird im erster Linie von dem Polypeptidhormon Insulin gesteuert. Durch Bindung von Insulin an den Insulinrezeptor wird die Insulinsignalkaskade aktiviert und somit die Translokation des Glukosetransporters GLUT4 zur Plasmamembran reguliert. Dort vermittelt GLUT4 die Aufnahme von Glukose in die Zelle. Diese Translokation geschieht über ein Aktinfilament-Netzwerk, das sich nach Insulinstimulus aus Aktinfilamenten umbildet. Es gilt als erwiesen, dass Metaboliten der 12/15-Lipoxygenase an der Regulation dieses Netzwerkes beteiligt sind und somit Einfluss auf den Transport von GLUT4 zur Plasmamembran und damit auf die Glukoseaufnahme haben. In Untersuchungen konnte eine vollständige Hemmung der Glukoseaufnahme in Kardiomyozyten, die mit einem Lipoxygenase-Inhibitor behandelt wurden, festgestellt werden. Aufgrund dieser Daten sollte die Funktion der 12/15-Lipoxygenase in einem Knockoutmodell näher charakterisiert werden.
In der vorliegenden Arbeit konnte keine veränderte GLUT4-Expression festgestellt werden. Die Akt-Expression war lediglich im Skelettmuskel der männlichenAlox15-Knockout-Tiere signifikant vermindert Die Phosphorylierung der Akt nach Insulinstimulus war in Herz und Skelettmuskel der Knockout-Tiere bei beiden Geschlechtern unverändert. In beiden Geweben der Alox15-Knockout-Tiere konnte keine veränderte GSK3alpha- oder -beta-Expression festgestellt werden. Die Phosphorylierung der beiden Isoformen nach Insulinstimulus war ebenfalls unverändert. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse hat der Verlust der 12/15-Lipoxygenase keinen Einfluss auf den GLUT4-Gehalt. Die Insulinsignalkaskade wird ebenfalls nicht beeinflusst. Eine Aussage über eine veränderte GLUT4-Translokation kann anhand dieser Daten nicht gemacht werden. Um eine Störung durch den Verlust des Enzyms genauer feststellen zu können, müsste das Aktinfilament-Netzwerk und die GLUT4-Translokation in den Knockout-Tieren näher untersucht werden.

Die Insulinresistenz ist die erste pathologische Störung, die bei der Entwicklung eines Diabetes mellitus Typ 2 auftritt. Durch eine verminderte Wirkung des Insulins in den insulinsensitiven Geweben (Skelettmuskel, Leber, Fettgewebe, Herz), kommt es zu einer verminderten Aufnahme von Glukose in die Zelle und damit zu einem erhöhten Blutglukosespiegel. Umgekehrt kann aber auch eine Störung der GLUT4-Translokation eine Insulinresistenz auslösen. In der vorliegenden Arbeit sollten deshalb die Knockout-Tiere auch in Hinblick auf die Entwicklung einer Insulinresistenz untersucht werden.
Es konnten keine veränderten Plasmaglukosespiegel bei den Alox15-Knockout-Tieren nachgewiesen werden. Auch nach Insulinstimulus kam es bei der Knockout-Maus zu einem physiologischen Abfall des Plasmaglukosespiegels. Die GLUT4-Expression sowie die Expression und Phosphorylierung der Signalelemente Akt und GSK3 waren unverändert (s.o.). Lediglich die Akt-Expression im Skelettmuskel der männlichen Tiere war signifikant vermindert.
Aufgrund dieser Daten haben die Knockout-Tiere keine Insulinresistenz entwickelt.Die verminderte Akt-Expression gibt ebenfalls keinen Hinweis auf eine Insulinresistenz. Um diese Daten abzusichern, sollten weitere Untersuchungen vorgenommen werden.
Anhand der vorliegenden Ergebnisse ist davon auszugehen, dass in den Alox15-Knockout-Tieren spezifische Kompensationsmechanismen aktiviert wurden, die die Entwicklung einer Insulinresistenz verhindert haben. Weitere Untersuchungen dieser Mechanismen müssten durchgeführt werden.
Kurzfassung auf Englisch: The maintenance of glucose homeostasis is primarily regulated by the polypeptidehormone insulin. Insulin rapidly stimulates glucose transport by inducing the translocation of vesicles containing the glucose transporter isoform 4 (GLUT4) from intracellular pools to the plasma membrane. When inserted in the plasma membrane, GLUT4 catalyses the glucose uptake into the cell. Actin cytoskeletal elements are involved in mediating the insulin-induced GLUT4 translocation. Metabolites of the 12/15-Lipoxygenase have recently been shown to contribute to the regulation of actin cytoskeleton rearrangement and therefore to the GLUT4 translocation and glucose uptake. Inhibition of 12/15-lipoxygenase activity completely abrogated insulin induced glucose uptake and GLUT4 translocation in cardiomyocytes. Based on these data the implication of 12/15-lipoxygenase was investigated in knockout mouse model.
The results obtained show no effect on the total expression of GLUT4. Akt expression was only decreased in skeletal muscle of the male knockout mice. The phosphorylation of Akt after stimulation with insulin was not altered in heart and skeletal muscle of male and female knockout mice. In both tissues the expression and phosphorylation of GSK3alphabeta were also unchanged. These data suggest that the loss of 12/15-lipoxygenase has no effect on GLUT4 level and the insulin signal transduction. Studies on actin cytoskeleton structure and GLUT4 translocation will be required to potentially demonstrate the functional consequences of 12/15-lipoxygenase knockout.
Insulin resistance is the first pathological disorder in the development of diabetes mellitus type 2. The decreased effect of insulin in insulin sensitive tissues (skeletal muscle, liver, adipose tissue, heart) results in a decreased glucose uptake into the cell and therefore in increased blood glucose level. Oppositely a disorder in GLUT4 translocation can also produce an insulin resistance.Therefore in this work the development of insulin resistance should be examinded in the Alox15 knockout mouse model.
These results show that plasma glucose levels in Alox15-knockout animals are unchanged. Also, after stimulation with insulin the decrease of blood glucose levels was physiological. These data suggest that the knockout animals develop no insulin resistance. Also the decreased Akt expression gives no evidence for an insulin resistance. To confirm these data, further investigations should be done. It seems that in the Alox15 knockout mouse a specific mechanism of compensation has been activated, which prevents the development of insulin resistance. Further investigations of these mechanisms should be done.