Andreas Gunter Bach

Der Einfluss von Melatonin auf die IP3-Signalkaskade der pankreatischen β-Zelle

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Medizin (Dr. med.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 08.02.2006

Abstract
Die Interaktionen von Glukosestoffwechsel und biologischen Rhythmen bei Säugetieren bildeten den Hintergrund der Untersuchungen. Im Besonderen interessierte die Wirkung des Hormons Melatonin auf die Insulin-produzierenden pankreatischen β-Zellen. Frühere Arbeiten hatten eine Insulin-hemmende Wirkung des Hormons, vermittelt über die intrazelluläre cAMP-Signalkaskade, nachgewiesen. Die hier vorgestellten Studien der IP3-Signalkaskade sollten diese Befunde ergänzen und das Verständnis der Wirkung von Melatonin auf den Glukosestoffwechsel erweitern.
Zur Klärung der Fragestellung dienten in vitro Versuche mit INS1 Ratten-Insulinoma-zellen, einem Modell für pankreatische β-Zellen. Die Zellen wurden unter statischen Batch-Bedingungen und in einem dynamischen Superfusionssystem untersucht. Gemessen wurden Insulin und intrazelluläre IP3-Mengen. Ein IP3-Radiorezeptoras-say wurde eigens zu diesem Zweck etabliert. Flankiert wurden die Studien durch molekularbiologische Untersuchungen des IP3-Rezeptors.
Im Ergebnis zeigte sich eine spezifische, dosisabhängige Stimulation der IP3-Signalkaskade pankreatischer β-Zellen durch Melatonin. Die Melatonin stimulierte IP3-Erhöhung verursachte nur eine gesteigerte Insulinsekretion, wenn die cAMP-Signalkaskade durch PTX gehemmt wurde. Die cAMP- und damit Insulin-hemmende Wirkung des Hormons ist unter normalen Bedingungen dominierend.
Die gleichzeitige Nutzung antagonistischer Signalkaskaden durch Melatonin ist nicht ungewöhnlich und für zahlreiche andere Zelltypen beschrieben.

The interactions of glucose metabolism and biological rhythms in mammals mark the framework of this thesis. The influence of melatonin on the insulin-secreting pancratic β-cell was of particular interest. Previous studies demonstrated an insulin-inhibiting influence of melatonin, mediated by cAMP. However, the inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) pathway is involved in the insulin secretory response as well, and the melatonin signal may play a part in its regulation.
To adress this question, INS1 rat insulinoma cells served as a model for pancreatic β-cells. Cells were stimulated in batch culture and in a dynamic superfusional system. Insulin and intracellular IP3-levels were measured. An IP3-radioreceptorassay was established and adopted to this type of cells. These experiments were supported by molecularbiological studies focusing on IP3-receptors.
In conclusion, there is a specific dose-dependant stimulation of IP3 in pancreatic β-cells by melatonin. However, the cAMP- and subsequently insulin-inhibiting signaling pathway is predominant in terms of insulin release.
Obviously, the melatonin in the pancreatic β-cells is coupled to parallel signaling pathways, with contradictory influences on insulin secretion.

Keywords:
Melatonin, Pankreas, β-Zelle, Insulin, cAMP, IP3, INS1

melatonin, pancreas, β-cell, insulin, cAMP, IP3, INS1

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (1, I-IV)
1. Einleitung (1-7)
2. Material und Methoden (8-16)
3. Ergebnisse (17-33)
4. Diskussion (34-50)
5. Zusammenfassung (50-52)
6. Literaturverzeichnis (53-65)
7. Thesen (66-68)
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