Раскрыт механизм управления секрецией инсулина

Ученые из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) открыли молекулярный «переключатель» секреции инсулина – гормона, регулирующего уровень сахара в крови – и впервые подробно описали этот процесс. По мнению ученых, результаты их исследований, опубликованные в журнале Cell Metabolism, помогут усовершенствовать методы лечения сахарного диабета II типа - наиболее распространенной формы заболевания.

«До настоящего времени причины нарушения продукции инсулина бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы при сахарном диабете II типа были выяснены не до конца, что затрудняло разработку новых методов лечения этого заболевания, - говорит Мехбуб Хусcейн (Mehboob Hussain), профессор педиатрии, биохимии и медицины из Университета Джона Хопкинса, - Результаты нашего исследования раскрывают эту тайну».

После приема пищи бета-клетки поджелудочной железы начинают продуцировать инсулин, способствующий снижению концентрации глюкозы в крови. У людей, страдающих диабетом II типа, либо не вырабатывается достаточного количества инсулина, либо имеет место нарушение действия гормона на ткани.

Чтобы выяснить, как именно происходит процесс высвобождения инсулина в кровь, Хуссейн с коллегами решили изучить, как происходит секреция других биологически активных веществ, связанных с секрецией инсулина. Внимание ученых привлек синтезируемый нервными клетками белок снапин (Snapin), участвующий в межклеточном взаимодействии. Снапин также был обнаружен в бета-клетках поджелудочной железы, продуцирующих инсулин.

С целью изучения роли снапина ученые модифицировали ген этого белка у мышей таким образом, чтобы в поджелудочной железе животных постоянно происходил синтез снапина. Выделив клетки поджелудочной железы и вырастив их в культуре, ученые добавили в питательную среду глюкозу, а затем измерили уровень секреции инсулина клетками.

В ходе своей работы ученые обнаружили, что в организме обычных мышей вырабатывалось примерно в три раза меньше инсулина, чем у мышей с постоянно включенным геном снапина (2.8 против 7.3 миллиардных долей грамма инсулина на клетку).

Чтобы проверить, приведет ли постоянное «выключение» гена снапина к снижению уровня секреции инсулина, и продемонстрировать, что снапин действительно держит этот процесс под контролем, ученые вырастили в культуре нормальные бета-клетки поджелудочной железы и воздействовали на них веществом, которое ингибировало синтез снапина. Добавив в питательную среду глюкозу и измерив после этого уровень секретируемого бета-клетками инсулина, ученые обнаружили, что нормальные клетки продуцировали 5,8 миллиардных долей грамма на клетку, в то время как клетки, не синтезирующие снапин, только 1,1, то есть примерно на 80% меньше.

«Эти результаты убедили нас в том, что снапин действительно контролирует высвобождение инсулина из бета-клеток поджелудочной железы», - говорит Хуссейн.

По мнению руководителя исследования, при поступлении в организм глюкозы высвобождение небольшого количества инсулина бета-клетками поджелудочной железы происходит почти сразу, а примерно через 15 минут происходит постепенная продукция гормона уже в больших количествах. Однако у пациентов с диабетом II типа и генетически модифицированных мышей с аналогичным метаболизмом первоначального высвобождения гормона не происходит, хотя последующее постепенное выделение инсулина сохраняется.

«Мы знали, что первоначальный выброс гормона важен для контролирования уровня сахара, но не понимали, что конкретно нарушено в бета-клетках у людей с диабетом II типа», - говорит Хуссейн.

Поскольку клетки с постоянно «включенным» снапином продуцируют инсулин в избытке, ученые решили проверить, можно ли использовать эту особенность для сохранения способности генетически модифицированных животных к первоначальному выбросу гормона. После генетической модификации бета-клеток мышей с диабетом II типа, позволившей поддерживать постоянный синтез снапина, ученые обработали клетки глюкозой и обнаружили, что клетки действительно сохранили эту способность.

«Хотя постоянно «включенный» синтез снапина в таких клетках решает проблему на этой модели диабета II типа у мышей, мы все еще очень далеки от уверенности в том, что этот механизм будет работать в человеческом организме. Но начало обнадеживает», - говорит Хуссейн.

По материалам:
Johns Hopkins Medical Institutions

Оригинальная статья:
Woo-Jin Song, Madhav Seshadri, Uzair Ashraf, Thembi Mdluli, Prosenjit Mondal, Meg Keil, Monalisa Azevedo, Lawrence S. Kirschner, Constantine A. Stratakis, Mehboob A. Hussain. Snapin Mediates Incretin Action and Augments Glucose-Dependent Insulin Secretion. Cell Metabolism, 2011; 13 (3): 308-319.