Erik Chankiewitz

Beiträge zur Charakterisierung eines diabetischen Tiermodells: die New Zealand obese-Maus (NZO)

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Medizin (Dr. med.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 05.10.2005

Abstract
Die New Zealand obese-Maus (NZO) ist charakterisiert durch hereditäre Obesitas und Typ2-Diabetes mit Insulinresistenz, Hyperinsulinämie und Glukoseintoleranz. Der durch Inzucht vermehrte Mausstamm ist ein in der Diabetologie etabliertes Tiermodell, bei dem zwischen den einzelnen Kolonien die spezifischen Merkmale differieren können. Vergleichend zu Literaturdaten wurden parallel die Hallesche Kolonie der NZO-Mäuse und der metabolisch unauffällige NMRI-Mausstamm morphologisch, physiologisch und molekularbiologisch untersucht. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Erfassung von spezifischen Veränderungen an den β-Zellen der Langerhansschen Inseln gelegt. Im Rahmen von Immunfluoreszenzmarkierungen der Inselhormone Insulin, Glukagon und Somatostatin wurde eine β-Zell-Hyperplasie und die damit im Zusammenhang stehende Veränderung der Inselanatomie deutlich. Bestimmungen des Blutglukose- und des Insulinspiegels in vier verschiedenen Altersgruppen veranschaulichten einen altersabhängigen Kompensationsmechanismus, der von geringer Hyperglykämie und exzessiver Hyperinsulinämie gekennzeichnet war. In Perifusionsuntersuchungen konnte eine verminderte Glukosetoleranz an separierten Inseln neonater NZO-Mäuse nachgewiesen werden. Es wurden Immunmarkierungen des GLUT2-Transporters und GLUT2-mRNS-Expressionsbestimmungen durchgeführt. Schon bei jungen NZO-Mäusen ist der zum Glukose-Sensor-Komplex gehörende GLUT2-Transporter statt in der Zellmembran im Inneren der β-Zellen lokalisiert, bei seneszenten NZO-Mäusen war er kaum noch nachweisbar. Wenn auch das GLUT2-Expressionsniveau sowohl bei NZO- als auch bei NMRI-Mäusen abnahm, so war lediglich bei NZO-Mäusen die Abnahme der GLUT2-mRNS-Expression zwischen den Altersgruppen statistisch signifikant. Der Nachweis einer nächtlich erhöhten Melatoninsynthese wurde für beide Mausstämme mittels HPLC-Technik nach Derivatisierung erbracht. Tagesrhythmische Untersuchungen zeigten keine deutlichen Unterschiede zwischen den Stämmen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Hallesche NZO-Mauskolonie in ihren diabetestypischen Eigenschaften mit denen anderer NZO-Mauskolonien gut übereinstimmt. Eine Erweiterung der Kenntnisse zur NZO-Maus stellen die Befunde bezüglich des GLUT2 dar. Weiterhin wurde die Grundlage für chronoendokrinologische Untersuchungen am diabetischen Tiermodell der Halleschen NZO-Maus gelegt.

The New Zealand obese mouse (NZO) is characterised by hereditary obesity and type 2 diabetes, including insulin resistance, hyperinsulinemia and glucose intolerance. This well established diabetes model is reproduced by inbreeding. However the specific symptoms may differ among the individual colonies of NZO mice. The NZO mouse colony kept in Halle was analysed by means of morphological, physiological and biomolecular investigations. The results where compared to those obtained from metabolically unimpaired NMRI (Naval Medical Research Institute) mice and data taken from the literature. The aim of this study was to find specific changes in the β-cells of the islets of Langerhans. The immunofluorescence staining of the islet hormones insulin, glucagon and somatostatin showed a β-cell hyperplasia in connection with modifications of the islet anatomy. Measurements of blood glucose and plasma insulin levels of four different age-groups showed a slightly decreased glucose level and a compensatory, age-related dramatic increase of the plasma insulin concentration. Perifusion analyses uncovered an impaired glucose tolerance of separated islets of neonatal mice. Furthermore, immunostaining of the glucose transporter GLUT2 and investigations of its mRNA expression level were performed. GLUT2, the first component of the glucose-sensing-complex, was not found at the cell surface but in the intracellular compartment of young NZO mice. In senescent NZO mice almost no GLUT2 was detectable. A slightly reduced expression level of Glut2-mRNA was found in NZO and NMRI mice strains, however, the expression level of Glut2-mRNA in the NZO mice decreased significantly with age. A regular nightly increase of melatonin synthesis was confirmed using the HPLC technique after derivatisation. Investigations of the circadian rhythms did not show relevant differences between both mice strains.
Our NZO mouse colony is in all typical diabetic features well comparable to other NZO mouse colonies. The findings about the GLUT2 extend the knowledge about NZO mice. Moreover, a basis for following chronoendocrine studies on the diabetic mouse model NZO was established.

Keywords:
New Zealand obese Mause, NZO, Tiermodell, Diabetes mellitus, Gukosetransporter, GLUT2, Tagesrhythmus, Melatonin

New Zealand obese mouse, NZO, diabetes mellitus, glucose transporter, GLUT2, circadian rhythm, melatonin

Online-Dokument im PDF-Format (24.777 KB) mit integrierter Gliederung.

Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (3, i-iv)
1 Einleitung (1-12)
2 Zielstellung (13)
3 Material und Techniken (14-23)
4 Ergebnisse (24-49)
5 Diskussion (50-61)
6 Zusammenfassung (62-63)
7 Literaturverzeichnis (64-76)
8 Thesen (77-79)
Publikationen (62-63)