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Untersuchungen zum Einfluss des Mas-Rezeptors auf die Funktion von β-Zellen

  • Das Renin-Angiotensin-System (RAS) ist ein Hormonsystem, das über die Bindung von Angiotensin-Peptiden an ihre spezifischen Rezeptoren vielfältige physiologische Prozesse beeinflussen kann. In den letzten Jahren gelangte die alternative Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2)/Angiotensin (Ang)-(1-7)/Mas-Rezeptor-Achse des RAS aufgrund ihrer protektiven Rolle bei pathophysiologischen Zuständen in den Fokus der Forschung. Wenig untersucht war bislang die Relevanz der lokalen ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse für die Funktion von Langerhans-Inseln, besonders in Hinblick auf die Produktion und Sekretion von Insulin. Daher sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Einfluss des Mas-Rezeptors und seines Liganden Ang-(1-7) auf die β-Zell-Funktion bestimmt und verantwortliche molekulare Mechanismen aufgeklärt werden. Dazu wurden isolierte Langerhans-Inseln von Wildtyp (WT) und Mas-defizienten Mäusen genutzt, die zunächst umfassend hinsichtlich der Expression der Komponenten der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse charakterisiert wurden. Dann wurde der Einfluss des Ang-(1-7) sowie der Ang-(1-7)-Antagonisten D-Ala7-Ang-(1-7) (A779) und D-Pro7-Ang-(1-7) (D-Pro) auf die Insulinproduktion und Glucose-stimulierte Insulinsekretion (GSIS) bestimmt. Isolierte Inseln von Mas-defizienten Mäusen zeigten im Vergleich zu WT-Inseln eine signifikant reduzierte GSIS. Entsprechend bewirkte in WT-Inseln die Inkubation mit A779 und D-Pro eine Reduktion der GSIS, wohingegen der Mas-Ligand Ang-(1-7) diese signifikant steigern konnte. Diese Befunde unterstreichen die Bedeutung der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse für die Modulation der Insulinsekretion in Langerhans-Inseln. Unter Verwendung pharmakologischer Hemmstoffe wurden zugrunde liegende Signal-Transduktionswege untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sprechen für die Beteiligung von cyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) an der Mas-abhängigen Regulation der Insulinsekretion. Ergebnisse weiterführender Experimente machen wahrscheinlich, dass diese Ang-(1-7)-stimulierte Insulinsekretion hauptsächlich über das exchange protein directly activated by cAMP 2 (EPAC2) verläuft. Auch nach Langzeit-Applikation von Ang-(1-7) in vivo zeigte sich ein stimulierender Effekt von Ang-(1-7) auf die GSIS von WT-Inseln. Es wurden auch Hinweise auf Mas-Rezeptor-unabhängige Ang-(1-7)-Wirkungen erhalten, die Gegenstand weiterführender Untersuchungen sind. Der Einfluss von Ang-(1-7) und A779 auf die Glucosetoleranz in vivo war dagegen marginal. Um weitere Signalwege und Komponenten zu identifizieren, die an der Mas-abhängigen Regulation der GSIS beteiligt sind, wurde eine Massenspektrometrie-basierte Proteomanalyse von Langerhans-Inseln aus WT- und Mas-defizienten Mäusen ohne und unter Einwirkung von Ang-(1-7) und A779 durchgeführt. Die Kandidaten mit signifikanten Mengenänderungen wurden anschließend über die Ingenuity® Pathway Analyse (IPA) in molekulare Netzwerke und funktionelle Kategorien eingeordnet. Die stärkste Beeinflussung konnte bei den funktionellen Kategorien Zelltod und Zellüberleben, gastrointestinale Erkrankungen, Erkrankungen des endokrinen Systems, Stoffwechselerkrankungen und Zellzyklus festgestellt werden. Die Sekretions-Maschinerie wurde als ein wahrscheinlicher Angriffspunkt der Ang-(1-7)/Mas-vermittelten Signale in den Langerhans-Inseln identifiziert, da einige regulierte Proteine sekretionsassoziierte Signalwege, vesikelassoziierte Faktoren, Komponenten des Endoplasmatischen Retikulums und des Golgi-Apparates sowie Regulatoren des Zytoskeletts betreffen oder als potenziell übergeordnete Regulatoren vorhergesagt werden konnten. Als eines der interessantesten Proteine wurde dabei das Golgi-reassembly stacking protein 2 (GORASP2) identifiziert, das für die akkurate Golgi-Stapelung in der Zelle verantwortlich ist und auch in die unkonventionelle Proteinsekretion involviert ist. Eine Mas-Rezeptor-abhängige Beeinflussung von GORASP2 und damit der Insulinsekretion erscheint möglich und sollte in weiterführenden Analysen verifiziert und hinsichtlich der molekularen Prozesse detailliert untersucht werden. Die vorgelegten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse des RAS sowohl in vitro als auch in vivo einen positiven Einfluss auf die β-Zell-Funktion ausübt. Inwieweit sich daraus neue Ansatzpunkte für die Behandlung von Erkrankungen mit gestörter β-Zell-Funktion ergeben können, müssen Folgeuntersuchungen zeigen. Denkbar wäre die Steigerung der GSIS bei Typ-2-Diabetes mellitus mittels stabilen Ang-(1-7)-Agonisten. Diese Möglichkeit zeigt die Wichtigkeit zur weiteren Erforschung der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse in Langerhans-Inseln und ihrer genauen Wirkungen auf die Funktion von β-Zellen.
  • The renin-angiotensin system (RAS) is a hormonal system that can influence diverse physiological processes by binding of angiotensin peptides to their specific receptors. In recent years, the alternative angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)/angiotensin (Ang)-(1-7)/Mas receptor axis of the RAS has come into focus of research due to its protective role in pathophysiological states. The relevance of the local ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis for the function of islets of Langerhans, especially with regard to the production and secretion of insulin, has been little investigated so far. Therefore, the aim of the present work was to determine the influence of the Mas receptor and its ligand Ang-(1-7) on β-cell function and to elucidate responsible molecular mechanisms. For this purpose, isolated islets from of wild-type (WT) and Mas-deficient mice were used, which were initially characterised comprehensively with regard to the expression of components of the ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis. The influence of Ang-(1-7) and Ang-(1-7) antagonists D-Ala7-Ang-(1-7) (A779) and D-Pro7-Ang-(1-7) (D-Pro) on insulin production and glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) was then determined. Isolated islets of Mas-deficient mice showed a significantly reduced GSIS compared to WT islets. Accordingly, incubation of WT islets with A779 and D-Pro resulted in a reduced GSIS, whereas the Mas-ligand Ang-(1-7) was able to significantly increase GSIS. These findings underline the relevance of the ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis for the modulation of insulin secretion in islets of Langerhans. Underlying signal transduction pathways were investigated using pharmacological inhibitors. The obtained results support the involvement of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in the Mas-dependent regulation of insulin secretion. Results from further experiments indicate that the Ang-(1-7)-stimulated insulin secretion mainly involves exchange protein directly activated by cAMP 2 (EPAC2). Even after long-term application of Ang-(1-7) in vivo, a stimulating effect of Ang-(1-7) on the GSIS of WT islets was observed. There was also evidence of Mas receptor-independent Ang-(1-7) effects, which are the subject of further investigations. However, the influence of Ang-(1-7) and A779 on glucose tolerance in vivo was marginal. In order to identify further signalling pathways and components involved in the Mas-dependent regulation of GSIS, a mass spectrometry-based proteomic analysis of islets from WT and Mas-deficient mice treated with or without Ang-(1-7) and A779 was performed. The candidates with significant quantity changes were then classified into molecular networks and functional categories using the Ingenuity® Pathway Analysis (IPA). The strongest influence was found in the functional categories of cell death and cell survival, gastrointestinal diseases, endocrine diseases, metabolic diseases and cell cycle. The secretion machinery was identified as a probable target of the Ang-(1-7)/Mas-mediated signals in islets, as some regulated proteins are involved in secretion-associated signalling pathways, are vesicle-associated factors, components of the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus, as well as regulators of the cytoskeleton, or could be predicted as potential upstream regulators. One of the most interesting proteins was the Golgi-reassembly stacking protein 2 (GORASP2), which is responsible for the accurate Golgi stacking in the cell and is also involved in unconventional protein secretion. A Mas receptor-dependent influence on GORASP2 and thus on insulin secretion seems possible and should be verified in further analyses and investigated in detail with regard to the molecular processes. The present results suggest that the ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis of the RAS has a positive impact on β-cell function both in vitro and in vivo. Follow-up studies must show to what extent new and promising strategies for the treatment of diseases with impaired β-cell function can result from this. It would be conceivable to increase GSIS in patients with type 2 diabetes mellitus using stable Ang-(1-7) agonists. This possibility shows the importance for further research to the ACE2/Ang-(1-7)/Mas axis in islets of Langerhans and its precise effects on β-cell function.

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Metadaten
Author: Anika Sahr
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-29237
Title Additional (English):Investigations on the influence of the Mas receptor on β-cell function
Referee:Prof. Dr. Reinhard Walther, PD Dr. Matthias Elsner
Advisor:Prof. Dr. Reinhard Walther, Prof. Dr. Uwe Lendeckel, Dr. Carmen Wolke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2019
Date of first Publication:2019/08/21
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2019/03/06
Release Date:2019/08/21
Tag:Mas-Rezeptor, β-Zelle
GND Keyword:B-Zelle, Diabetes mellitus, Insulin, Insulinsekretion, Langerhans-Inseln, Renin-Angiotensin-System
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Med. Biochemie u. Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie