Untersuchungen zum Einfluss von Melatonin auf Calcium-bindende Proteine in der pankreatischen ß-Zelle und deren Bedeutung für die Insulinsekretion

Calciumbindende Proteine (CaBPs) weisen eine sehr distinkte Lokalisation im Nervensystem und auch in endokrinen Drüsen auf und vermitteln zellspezifische Funktionen. In der β-Zelle der pankreatischen Insel kommen die CaBPs Calbindin, Calmodulin und Calreticulin vor (Bazwinsky, unveröffentlicht). Über die Bindung von Calciumionen können diese Proteine eine Vielzahl von zellulären Signaltransduktionskaskaden beeinflussen. Calciumionen spielen in der β-Zelle eine besondere Rolle für die Insulinsekretion. Calciumsignale werden unter anderem über die Bindung an CaBPs vermittelt und nachfolgende Zielproteine aktiviert. Die Insulinausschüttung, die über mehrere Teilschritte erfolgt und in die calciumabhängige Signalkaskaden involviert sind, kann durch externe Faktoren wie Melatonin beeinflusst werden. Melatonin (MT) führt MT1-rezeptormediiert zu einer Absenkung der Insulinsekretion über die Gi-Protein-Adenylat-cAMP-Kaskade und zu einer Erhöhung über den Gq-Phosphoslipase-IP3-Weg. Die Übertragung von in vitro- und tierexperimentell erworbenen Befunden auf den Menschen deutet auf eine funktionelle Beziehung zwischen Insulin und Melatonin hin und belegt die Bedeutung von Melatonin für die Insulinsekretion. Melatonin kann aber auch infolge seiner Membranpermeabilität über intrazelluläre Bindungsstellen seinen Einfluss ausüben. So gibt es Belege für eine Bindung von Melatonin an CaBPs wie Calmodulin und Calreticulin.

Welche Bedeutung die Interaktion von Melatonin mit einem dieser CaBPs für die pankrea-tische β-Zelle hat und ob es neben den bisher aufgezeigten Melatonin-initiierten Signalwegen auch andere Einflüsse von Melatonin auf die pankreatische β-Zelle gibt, in die CaBPs eingebunden sind, ist bisher ungeklärt.

Die Ziele des angestrebten Projektes sind:

1. Die Untersuchung des Einflusses von Melatonin auf die Expression und das Vorkommen von CaBPs an Glucose-responsiven Insulin-produzierenden Insulinoma-Zellen der Ratte (INS1)

2. Die Untersuchung von Funktionsbeziehungen zwischen Melatonin und bestimmten CaBPs, beispielsweise Calmodulin: Ferner sollen Effekte von Calmodulin-Antagonisten und von Inhibitoren Calmodulin-abhängiger Proteinkinasen unter dem Einfluss von Melatonin auf INS1-Zellen untersucht werden.

3. Die Charakterisierung von Calbindin, Calreticulin und Calmodulin an Inseln eines diabetischen Tiermodells (Goto-Kakizaki-Ratte) im Vergleich zum stoffwechselgesunden Tier (Wistar-Ratte)