Förändringar av de langerhanska öarnas GABA

Diabetes-5-SE_Layout 1 12/10/12 13.53 Side 6
Förändringar av de
langerhanska öarnas
GABA-signalering vid
typ 2-diabetes
Av Bryndis Birnir,
professor i fysiologi,
molekylär fysiologi och neurovetenskap,
Instituten för neurovetenskap,
Uppsala universitet
GABA (γ-aminobutyrat) är en extracellulär signalmolekyl i de langerhanska öarna, men är kanske mest
känd för att vara den viktigaste nervsignalsubstans i
hjärnan som minskar nervexcitabilitet.1 I humana öar
utsöndras GABA från β- och δ-celler2 vilket kan påverka hormonsekretionen från både α- och β-celler.2,3
GABA syntetiseras när enzymet glutaminsyradekarboxylas (GAD) dekarboxylerar aminosyran glutamat.
GAD finns i två former: GAD65 och GAD67. Nyinsjuknade patienter med typ 1-diabetes har ofta antikroppar mot GAD65. Däremot har det inte funnits
någon stark länk mellan GABA-signalsystemet och
typ 2-diabetes.4 Vi har dock nyligen påvisat förändringar av GABA-signalsystemet i langerhanska öar
från personer med typ 2-diabetes.3
Två olika typer av receptorer
GABA aktiverar två olika typer av receptorer: GABAA-receptorer som är jonkanaler, och GABA-B-receptorer som är G-proteinkopplade receptorer.2,3,5,6 Det
finns många olika subtyper av GABA-A-receptorer.1
Varje GABA-A-receptor är sammansatt av fem proteiner som tillsammans bildar en jonkanal. Det finns
19 olika receptorproteiner från åtta familjer; α1-6,
β1-3, γ1-3, δ, ε, φ, π och ρ1-3. Jonkanalens fysiologiska och farmakologiska egenskaper bestäms av vilka
subenheter som bildar receptorn. Det är därför av
6 • BestPractice november 2012
stor betydelse vilka subenheter som finns i cellen och
vilka som blir inkorporerade i receptorn.
Verkningsmekanism
När GABA binder till GABA-A -receptorn öppnas jonkanalen som i sin tur påverkar cellens membranpotential, en viktig regleringsmekanism för frisättningen
av både insulin och glukagon. Bindningsstället för
GABA sitter mellan α- och β-subenheterna, och vilken typ av α-subenhet som finns i receptorn har stort
inflytande på receptorns GABA-affinitet.1 I langerhanska öar från humana donatorer finns 18 av de totalt 19 olika GABA-A-subenheterna. De vanligaste är
subenheterna α1, α2, β3, γ2, π och ρ2.2,3
Dessa subenheter är tillräckliga för att bilda en rad
olika GABA-A-jonkanaler med olika egenskaper. Om
γ2-subenheten finns i receptorn blir den känslig för
benzodiazepiner, medan π-subenheten är ovanlig
och nästan bara finns i GABA-A-receptorer i vävnader
utanför hjärnan.1 GABA-A-jonkanaler som innehåller
π-subenheten kan vara viktiga angreppspunkter för
framtida läkemedel inom typ 2-diabetes, eftersom
bieffekter på hjärnan kan undvikas.
Nedsatt respons av GABA-A-receptorer
I langerhanska öar från donatorer med typ 2-diabetes
är uttrycket av generna α1, α2, β2 och β3 minskat.3
Diabetes-5-SE_Layout 1 12/10/12 13.53 Side 7
Vilken betydelse detta har för sjukdomen vet vi inte
idag. Att GABA kan öppna GABA-A-jonkanalen i
langerhanska celler visade Rorsman et al. redan
1989,6 men det har inte varit helt klart om den fysiologiska koncentrationen av GABA i öarnas interstitium är tillräcklig för att aktivera den nativa GABAA-receptorns jonkanal. Vi har nu visat både på celloch singelkanalnivå att fysiologiska koncentrationer
av GABA aktiverar GABA-A-jonkanaler i öar från
både normoglykemiska och diabetiska donatorer.3
Strömmen genom GABA-A-jonkanalerna i celler från
donatorer med typ 2-diabetes var dock liten i jämförelse med den GABA-aktiverade strömmen i ö-celler
från normoglykemiska donatorer. Vi kunde öka
strömmen och därmed kanalens effektivitet med
pentobarbital, ett läkemedel som bland annat an-
vänds för anestesi.3 Substanser som blockerar
GABA:s bindning påverkar hormonfrisättning från
öarna oavsett om de isolerats från normoglykemiska
eller typ 2-diabetiska donatorer.3
Läkemedel som påverkar GABA-systemet
I klinisk verksamhet används många läkemedel som
påverkar GABA-signalsystemet i hjärnan, bland annat
benzodiazepinerna diazepam och lorazepam (lugnande och ångestdämpande), zolpidem (i sömnmedel) och propofol, etomidat och barbiturater (generella anestetika). Läkemedel som påverkar GABAA-receptorerna i hjärnan kan möjligen också påverka
GABA-A-receptorer i bukspottkörteln och därigenom
glukoshomeostasen. Detta bör tas i beaktande när
GABA-A-läkemedel används av personer med typ 1och typ 2-diabetes.
BestPractice november 2012 • 7
‡
Diabetes-5-SE_Layout 1 12/10/12 13.53 Side 8
GABA medverkar till att upprätthålla
glukoshomeostas
Våra data visar tydligt att GABA-signalsystemet i
humana öar från personer med typ 2-diabetes har
nedsatt funktion. Det är sannolikt att GABA signaleringen i bukspottskörteln är en del av det system
som bibehåller den rätta balansen mellan insulin och
glukagon i blodet. Det är därför angeläget att försöka utröna på vilket sätt GABA påverkar hormonfrisättningen liksom hur utsöndringen av GABA och
koncentrationen av extracellulärt GABA i öarna regleras. Vi använder patch-clamp-teknik, bildanalys
och molekylbiologiska metoder i öar från människa
för att försöka hitta svar på dessa frågor.
SLUTSATS
Med all sannolikhet är GABA en viktig del av den
symfoni som pågår i langheranska öar. Således
skulle bra förståelse av öarnas GABA-signalsystem kunna vara multipelt fördelaktigt för individer med eller med risk för att få diabetes.
Vi studerar fysiologiska och farmakologiska egenskaper av GABA-A-receptorerna, till exempel hur de påverkar membranpotentialen, andra jonkanaler och
hormonsekretion. Vi mäter bland annat jonkanalströmmen i ”realtid” genom en molekyl av GABA-Areceptorn som då blir vår ”biosensor” för den fysiologiska koncentration av GABA som finns i de
humana öar vi jobbar med. När vi sedan tillsätter läkemedel till öarna kan vi direkt mäta vilka substanser
som påverkar aktiviteten av GABA-A-receptorjonkanalen. Aktiviteten i en GABA-A-receptormolekyl kan
vi också använda för att identifiera hur många olika
GABA-A-receptorer som finns i en langerhansk ö från
människa. Denna information kan i ett senare skede
användas för att ta fram läkemedel som specifikt påverkar α- eller β-cellerna.
n
Referenser
1. Olsen RW, Sieghart W. International Union of Pharmacology. LXX. Subtypes of gamma-aminobutyric acid(A) receptors: classification on the basis of subunit
composition, pharmacology, and function. Update. Pharmacol Rev 2008;60:243-260. 2. Braun M, Ramracheya R, Bengtsson M, Clark A, Walker JN, et al.
Gamma-aminobutyric acid (GABA) is an autocrine excitatory transmitter in human pancreatic beta-cells. Diabetes 2010;59:1694-1701. 3. Taneera J, Jin Z,
Jin Y, Muhammed SJ, Zhang E, et al. Gamma-Aminobutyric acid (GABA) signalling in human pancreatic islets is altered in type 2 diabetes. Diabetologia
2012;55:1985-1994. 4. Oresic M, Simell S, Sysi-Aho M, Nanto-Salonen K, Seppanen-Laakso T, et al. Dysregulation of lipid and amino acid metabolism
precedes islet autoimmunity in children who later progress to type 1 diabetes. J Exp Med 2008;205:2975-2984. 5. Braun M, Wendt A, Buschard K, Salehi
A, Sewing S, et al. GABAB receptor activation inhibits exocytosis in rat pancreatic beta-cells by G-protein-dependent activation of calcineurin. J Physiol
2004;559:397-409. 6. Rorsman P, Berggren PO, Bokvist K, Ericson H, Mohler H, et al. Glucose-inhibition of glucagon secretion involves activation of GABAA-receptor chloride channels. Nature 1989;341:233-236.
8 • BestPractice november 2012