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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-33735
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3373/


Molekulare Mechanismen der IKKepsilon vermittelten Insulinresistenz in Säugermodellen

Heese, Barbara

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SWD-Schlagwörter: Insulinresistenz , Diabetes mellitus
Freie Schlagwörter (Deutsch): IKKepsilon
Freie Schlagwörter (Englisch): diabetes , insulin resistance
Basisklassifikation: 42.13
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Beisiegel, Ulrike (Prof. Dr. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.07.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 23.07.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Für die Entstehung der Insulinresistenz werden unter anderem stressaktivierte Kinasen des NFkB-Signalweges wie z. B. IKKbeta verantwortlich gemacht. Eine mit IKKbeta eng verwandte Ser/Thr-Kinase ist IKKepsilon (IKKe), die potentiell die Insulinsignalkette beeinflussen könnte. Um dies zu untersuchen, wurden in vitro-Versuche zur Interaktion zwischen IKKe und dem Insulinrezeptor sowie den Insulinrezeptorsubstraten (IRS) durchgeführt.
Sowohl bei IRS1 als auch bei IRS2 konnte eine direkte Phosphorylierung durch IKKe nachgewiesen werden. Die Aktivität der IRS wird durch Phosphorylierungen reguliert, wobei die negative Regulation insbesondere durch Ser/Thr-Phosphorylierungen gesteuert wird. Dies legt den Schluss nahe, dass auch IKKe an der Entstehung der Insulinresistenz teilhaben könnte.
Die transiente Expression von IKKe führt ebenfalls zur Phosphorylierung der Insulinrezeptorsubstrate in insulinsensitiven Zelllinien. Die IKKe-vermittelte Phosphorylierung von IRS beeinflusste jedoch nicht die Insulin-abhängige Signaltransduktion in diesen Zellen.
Zur Charakterisierung der Funktion von IKKe in vivo wurde zunächst die Expression von IKKe in murinen Geweben mit und ohne Insulinresistenz untersucht. Dazu wurden Fütterungsexperimente mit C57/Bl6-Mäusen durchgeführt, die eine normal- und Insulinresistenz-induzierende, hochkalorische Diät (HFD) erhalten haben. In diesem Tiermodell konnte unter HFD eine erhöhte IKKe-Expression beobachtet werden. Der Anstieg der Expression korrelierte mit einer deutlichen Erhöhung inflammatorischer Marker.
Um den Einfluss von IKKe auf die Insulinsignaltransduktion und das Entstehen der Insulinresistenz zu analysieren, wurden diese Fütterungsstudien mit IKKe-Knockout-Mäusen wiederholt. Für eine kurzzeitige Aktivierung des NFkB-Signalweges wurde jeweils eine Vergleichsgruppe zusätzlich mit Lipopolysacchariden (LPS) stimuliert. Anschließend wurde die mRNA-Expression von Genen, die an der Insulinsignaltransduktion beteiligt sind, sowie von verschiedenen Makrophagenmarkern und Zytokinen quantitativ untersucht und mit parallel untersuchten Wildtyp-Tieren verglichen. Bei diesen Experimenten wurde eine antiinflammatorische Rolle von IKKe festgestellt. Im Zusammenhang mit der Entstehung der Insulinresistenz scheint IKKe eher eine untergeordnete Rolle zu spielen, wobei auch die LPS-Gabe keinen Einfluss auf die Expression von Markern des Insulinsignalweges hatte.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit korrelieren mit neueren Untersuchungen, in denen die Aktivierung von IKKe im Zuge einer inflammatorischen Antwort insbesondere nach viralen Infektionen beschrieben wird. Dabei induziert IKKe die Produktion von IFNbeta, was möglicherweise auf einen Zusammenhang zwischen IKKe und der IFNbeta-vermittelten Entstehung des Diabetes mellitus Typ 1 deutet.
Kurzfassung auf Englisch: The development of insulin resistance is induced by many factors, one of them being stress-activated kinases of the NFkB pathway like IKKbeta. IKKepsilon (IKKe) is closely related to IKKbeta and therefore potentially influencing the insulin signaling pathway. To examine this, the interaction of IKKe and the insulin receptor as well as the insulin receptor substrates were investigated in vitro.
I was able to show a direct phosphorylation of IRS1 and IRS2 by IKKe. It is known that the activity of IRS is regulated by phosphorylation. Tyrosine phosphorylation usually leads to IRS activation, inhibition is mostly triggered by Ser/Thr phosphorylation. From these data one can speculate that IKKe might be able to participate in the development of insulin resistance. I found that transient expression of IKKe in insulin-sensitive cell lines also leads to phosphorylation of IRS1 and IRS2. Nevertheless, the IKKe-mediated phosphorylation did not affect insulin dependent signaling.
To investigate the function of IKKe in vivo, the expression of IKKe in murine tissues was determined. After induction of insulin resistance by a high fat diet (HFD), an elevated expression of IKKe was observed in mice, which correlated with a significant elevation of inflammatory markers. To analyze the influence of IKKe on insulin signaling and the development of insulin resistance, the experiments were repeated with IKKe knock-out mice. In addition, a control group was stimulated with LPS to induce a short term activation of the NFkB pathway.
mRNA expression of genes involved in insulin signaling was measured by quantitative real time PCR. In addition, the mRNA expression of diverse macrophage markers and cytokines was determined both in knock-out and wildtype animals. The results revealed an anti-inflammatory role of IKKe. In addition, IKKe seems to have a minor influence on the development of insulin resistance, whereas LPS stimulation had no effect on the expression of genes involved in the insulin signaling pathway.
The results of this work correlate with recent investigations which describe an activation of IKKe in the course of an inflammatory response after viral infection. Since IKKe induces the expression of IFNbeta, this hints at a connection between IKKe and IFNbeta-mediated development of diabetes type 1.

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