Javier Jimenez Feltström
Kvävemonoxid (NO) – en giftig gas som signalmolekyl
Fram till slutet på 1980-talet betraktades gasen kvävemonoxid (NO) framför allt som
en giftig gas och som en viktig miljöförstörande komponent i bilavgaser. Det kom
därför som en stor överraskning när man 1987 upptäckte att denna annars så giftiga
gas i själva verket bildas i vår egen kropp, och att den har en mycket viktig
blodkärlsvidgande effekt. Sedan dess har intensiv forskning visat att NO bildas i en
mängd olika vävnader i kroppen såsom hjärna, njurar, lever och hormonbildande
organ, och att den där utgör en viktig signalsubstans för organens funktion. Man har
under senare år även kunnat påvisa att NO bildas i de insulinbildande β-cellerna i
bukspottkörtelns endokrina del, där de utgör den största delen av de s.k. Langerhanska
öarna. Insulin är ett hormon som är av avgörande betydelse för regleringen av
blodsockret (glukos) och det är bl.a när insulinproduktionen sätts ur spel som
sjukdomen diabetes mellitus uppkommer. Diabetes mellitus kännetecknas av en
förhöjd blodsockerhalt och sjukdomen förekommer i två varianter, Typ 1
(ungdomsdiabetes) respektive Typ 2 (åldersdiabetes).
NO bildas under inverkan av enzymet NO-syntas (NOS) varav det i β-cellerna
förekommer två isoenzymer (varianter), cNOS respektive iNOS. cNOS är konstant
närvarande i β-cellerna och producerar låga halter av NO som anses ha betydelse för
regleringen av insulinfrisättningen medan iNOS, som måste induceras för att
uttryckas, producerar stora mängder NO under lång tid. NO är väldigt reaktiv och
stora mängder av denna gas reagerar med och förstör livsviktiga DNA-segment,
enzymer och andra proteiner i de insulinproducerande β-cellerna vilka till slut kan
duka under och dö. Det är därför numera accepterat att iNOS-framkallad produktion
av NO är en viktig bidragande orsak bakom utvecklandet av typ 1-diabetes.
Syftet med detta examensarbete var att, på Langerhanska öar från råttor, undersöka
vilken effekt en hög glukoskoncentration har på uttrycket och aktiviteten av både
cNOS och iNOS och huruvida denna kan regleras med hjälp av substansen glucagon
like peptide –1 (GLP-1). GLP-1 är ett tarmhormon som frisätts i samband med
födointag och som bl.a har en förstärkande effekt på glukosstimulerad
insulinfrisättning. Vidare undersöktes effekten av NO på insulinfrisättningen.
Resultaten från denna studie visar att höga glukoskoncentrationer stimulerar NOproduktionen och att denna har en hämmande effekt på insulinfrisättningen. Den
ökade NO-produktionen beror dels på en ökad cNOS aktivitet dels på en stimulering
av både uttrycket och aktiviteten av iNOS. GLP-1 visade sig hämma glukosstimulerad
NO-produktion vilket stod i relation till en ökad insulinfrisättning. Att höga
koncentrationer av glukos kan stimulera iNOS kan vara en bidragande orsak till s.k.
”glukotoxiska” effekter, ett välkänt fenomen bakom typ 2-diabetes patofysiologi.
Teoretiskt skulle man därför kunna tänka sig att en framtida behandling som kan
minska öarnas NO-utveckling skulle kunna förhindra eller åtminstone försena
utvecklandet av vissa former av diabetes. I detta sammanhang förefaller därför GLP-1
vara en het kandidat.
Handledare: Ingmar Lundquist, Albert Salehi
Examensarbete 20 p i Molekylär Biologi. Ht 2004-09-14
Institutionen för fysiologiska vetenskaper, Avd. för farmakologi, Lunds universitet
Glucose stimulates the expression and activities of nitric oxide synthases
in incubated rat islets. An effect counteracted by cyclic AMP!
Javier Jimenez Feltström
Msc diploma paper, 20 credits
2000
Supervisors; Professor Ingmar Lundquist and Dr. Albert Salehi
Institute of Physiological Sciences, Department of Pharmacology
University of Lund
Abstract
The present investigation examined the expression and activity of inducible nitric oxide synthase
(iNOS) and the activity of neuronal constitutive NOS (ncNOS) in relation to insulin release in isolated
rat pancreatic islets, stimulated by a “hyperglycaemic” concentration of glucose, and whether the NOS
activities could be modulated by activation of the cyclic AMP-protein kinase A system.
Here, we show that glucose stimulation (20 mmol/l) induced iNOS and increased ncNOS activity. No
iNOS was detected at basal glucose (3.3 mmol/l). Addition of Glucagon-Like-Peptide 1 (GLP-1) or
dibutyryl-cAMP (Bt2-cAMP) to islets incubated with 20 mmol/l glucose resulted in a marked
suppression of iNOS expression and activity, a reduction in ncNOS activity, and an increased insulin
release. The GLP-1-induced suppression of glucose-stimulated iNOS activity and expression was, at
least in part, protein kinase A (PKA) dependent, since the PKA inhibitor H-89 reversed these effects
of GLP-1. These observations were confirmed by confocal microscopy showing glucose-stimulated
expression of iNOS, its suppression by GLP-1 and its reversion by H-89 in the β-cells. Finally, we
found that the NO scavenger cPTIO as well as the NOS inhibitor L-NAME potentiated the insulin
response to glucose again suggesting that NO is a negative modulator of glucose-stimulated insulin
release. We conclude that induction of iNOS and an increase in ncNOS activity by glucose in rat islets
is suppressed by the cyclic AMP/PKA system. The inhibition of iNOS expression by cyclic AMP
stimulating agents might possibly be of therapeutic potential in NO-mediated β-cell dysfunction and
destruction.
