Als Reaktion auf einen niedrigen Blutzuckerspiegel setzen die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse von Menschen mit Diabetes deutlich mehr des Hormons Glucagon frei als Inselzellen von gesunden Menschen, so eine neue Studie von Forschern der Stanford University School of Medicine.
Die Entdeckung wurde mit Hilfe eines neuen Mausmodells für Diabetes gemacht, das von Stanford-Wissenschaftlern entwickelt wurde und zum ersten Mal funktionelle Studien von transplantierten menschlichen Alphazellen ermöglicht.
Glukagon wird von Alphazellen in den Inselzellen der Bauchspeicheldrüse produziert, während Insulin von Betazellen produziert wird. Defekte der Insulinproduktion und der Betazellen gelten als Hauptursache für Diabetes. Die aktuelle Studie unterstützt jedoch die wachsende Erkenntnis, dass Diabetes wahrscheinlich auf Defekte in mehreren Zelltypen zurückzuführen ist, und unterstreicht die Bedeutung des Mausmodells, um die Komplexität der Krankheit genauer zu simulieren.
„Unsere Untersuchungen unterstützen die Idee, dass Diabetes nicht nur auf einen Defekt in den Betazellen der Bauchspeicheldrüse zurückzuführen ist, sondern auch in den Alphazellen, die Glukagon produzieren“, sagte Seung Kim, MD, PhD, Professor für Entwicklungsbiologie und Direktor des Stanford Diabetes Research Center. „Dies war bereits vermutet worden, aber unsere Studie mit menschlichen Inselzellen liefert neue, noch nie dagewesene Beweise, die diese Idee untermauern.“
Kim ist der Hauptautor der Studie, die am 8. Juni in Nature Metabolism veröffentlicht wurde. Die Doktorandin Krissie Téllez und der Forscher Yan Hang, PhD, teilen sich die Hauptautorenschaft der Studie.
Bei gesunden Menschen arbeitet Glukagon im Tandem mit Insulin, um den Blutzuckerspiegel streng zu kontrollieren. Unmittelbar nach einer Mahlzeit löst Insulin die Entfernung von Glukose aus dem Blut aus und fördert ihre Speicherung in Organen wie der Leber. Umgekehrt stimuliert Glukagon bei niedrigem Blutzuckerspiegel die Freisetzung von gespeicherter Glukose in den Blutkreislauf.
Identische Glukagon-Strukturen
Frühere Forschungen über die Beziehung zwischen Insulin und Glukagon wurden durch die Tatsache behindert, dass Maus- und menschliches Glukagon in ihrer Struktur identisch sind. Sie lassen sich nicht voneinander unterscheiden, nachdem menschliche Inselchen in Labormäuse transplantiert wurden. Infolgedessen konnten die Forscher nur die Produktion von menschlichem Glukagon durch Alphazellen in Reagenzgläsern oder Kulturschalen untersuchen, was die Vorgänge im Körper nicht genau nachahmt.
Hang, Téllez und ihre Kollegen machten sich daran, einen Mausstamm zu entwickeln, der nicht in der Lage ist, sein eigenes Glukagon zu produzieren. Sie verwendeten ein genetisches Editing-Verfahren namens CRISPR, um ein kleines Stück der DNA des Tieres zu entfernen, das für das Glucagon-Protein kodiert. Der Prozess war mühsam und zeitaufwändig und dauerte mehr als zwei Jahre.