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Wirkung von Insulin auf die mikrovaskuläre endotheliale Barrierenfunktion

Thom, Johannes Stefan


Originalveröffentlichung: (2010) Giessen : VVB Laufersweiler 2010
pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.366 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Innere Medizin, Kardiologie - Angiologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5638-4
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.12.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 01.02.2011
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung des Insulins auf die
Stabilität der endothelialen Barriere untersucht. Gefäßendothelzellen bilden als
einlagige Zellschicht die luminale Oberfläche des gesamten Blutgefäßsystems.
Insulin ist an einer Vielzahl von physiologischen Prozessen beteiligt, wie z. B bei
der Regulation der Permeabilität, des Vasotonus und der Hämostase. Insulin ist
ein lebenswichtiges Peptidhormon, das neben seinen metabolischen Funktionen
auch vasoaktive Wirkungen hat. So führt eine gesteigerte Insulinkonzentration zu
einer Zunahme der Durchblutung der Extremitäten und zu einer Abnahme des
Gefäßwiderstandes. Die Stabilität der endothelialen Barriere wird über den
kontraktilen Apparat, bestehend aus dem Aktin-Myosin-Komplex, und über Zell-
Zell-Kontakte reguliert.
In kultivierten koronaren mikrovaskulären Zellen der Ratte (RCEC) wurden
in einem ersten Schritt Insulinrezeptoren nachgewiesen. Des Weiteren wurden
die VE-Cadherin-Translokation, MLC-Phosphorylierung, Makromolekülpermeabilität,
NO-Freisetzung, Akt- und Rac1-Aktivität unter Einfluss von Insulin
untersucht.
Insulin führt zu einer MLC-Dephosphorylierung und VE-Cadherin-
Translokation an die Zellgrenzen, was von einer signifikanten, konzentrationsabhängigen
Abnahme der Makromolekülpermeabilität begleitet wird. Der
maximale Effekt wurde bei 1 IE/ml Insulin erreicht. Dieser protektive Effekt auf die
Makromolekülpermeabilität kann durch Genistein (Tyrosinkinase-Inhibitor) und
HNMP(AM)3 (spezifischer Hemmstoff der Insulinrezeptor-Tyrosinkinase)
vollständig gehemmt werden und zeigt damit, dass der Insulineffekt über den
Insulinrezeptor vermittelt wird. Des Weiteren induziert Insulin die Aktivierung von
Akt und Rac1. Diese Effekte konnten durch einen Rac1-Inhibitor (NSC23766) und
Wortmannin (PI3K-Inhibitor) vollständig sowie mit L-NAME (eNOS-Inhibitor)
teilweise gehemmt werden. Zusammenfassend stabilisiert Insulin Rezeptorvermittelt
die endotheliale Schrankenfunktion über PI3K/Akt-vermittelte Rac1-
Aktivierung.
In Zukunft könnten durch Verständnis dieses Signaltransduktionsweges
neue therapeutische Strategien entwickelt werden, die vor einem Versagen der
endothelialen Barriere schützen.
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis the effect of insulin on the endothelial barrier stability was
tested. Endothelial cells form as a single-layer cell coat the luminal surface of the
blood vessels. It is involved in a multiplicity of physiological processes like the
regulation of permeability, vasotonus and hemostasis. Insulin is an essential
hormone with vasoactive actions beside its metabolic functions. The increase of
the insulin concentration causes an increase of blood flow in the extremities and a
reduction of the vessel resistance. The endothelial barrier function is regulated via
the contractile machinery, consisting of the actin-myosin complex, and cell-cell
adhesions.
First of all, the existence of insulin receptors was tested in cultured rat
coronary endothelial cells (RCEC). Furthermore the VE-cadherin translocation,
MLC phosphorylation, macromolecule permeability, NO release, Akt- and Rac1-
activity were analyzed under the influence of insulin. Insulin induces a
dephosphorylation of the MLC and a VE-cadherin translocation to the cell
borders, which is accompanied by a significant concentration dependent
reduction of the macromolecule permeability.
The maximal effect was achieved with 1 IU/ml insulin. This protective effect
on permeability could be blocked by genistein (tyrosine kinase inhibitor), and
HNMP(AM)3 (insulin receptor kinase inhibitor), suggesting that the effect of insulin
is receptor mediated. Furthermore, insulin induced the activation of Akt and Rac1.
These effects could be blocked entirely by NSC23766 (Rac1 inhibitor) and
wortmannin (PI3K inhibitor), and partially by L-NAME (eNOS inhibitor). In
conlusion, insulin stabilizes receptor-mediated the endothelial barrier function via
PI3K/Akt mediated Rac1 activation.
In the future, other agents may be identified, which use this signal
transduction mechanism for therapeutic approaches to the capillary leakage
syndrome.