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