Melatonin und Insulin bei diabetischen und stoffwechselgesunden Ratten - Evidenzen für Wechselwirkungen zwischen Pinealocyten und pankreatischen ß-Zellen

Abstract

GOTO-KAKIZAKI (GK) Ratten, ein Typ 2-diabetisches Tiermodell wurden hinsichtlich der diabetischen Stoffwechsellage, des pinealen Melatoninstoffwechsels und der Melatoninplasmakonzentration untersucht. Als Kontrolltiere dienten metabolisch gesunde Wistar-Ratten. Es wurde gezeigt, dass Hyperglykämie und Hypoinsulinämie bei neugeborenen und bis zu 3 Wochen alten GK-Ratten auf einer reduzierten Anzahl pankreatischer b-Zellen, vermindertem Insulingehalt der b-Zellen und Störungen des glucose-sensing bei verminderter Glucokinase-mRNA Expression beruhen. Glukosetransporter 2 (GLUT 2) und Glucokinase zeigen ein tageszeitlichesMuster ihrer mRNA-Expression. Der Rhythmus der Expression von Genen des Glukose-Sensor-Komplexes ist bei GK-Ratten nicht gestört. Bei 6 und 24 Wochen alten GK-Ratten zeigt sich eine kompensierte Hyperglykämie. Dies ist durch nahezu normale GLUT 2-mRNA-Expression und Hyperinsulinämie bedingt, obwohl die Glucokinase-mRNA-Expression erniedrigt ist. Die Dekompensation der metabolischen Situation bei 42-Wochen alten GK-Ratten ist durch Zerstörung der b-Zellen mit nahezu fehlendem GLUT 2 in der Zellmembran und weiter verminderter Glucokinase-Expression bedingt. Der Grund für gestörte diurnale Rhythmen der Plasmamelatoninkonzentrationen bei diabetischen Tiermodellen oder Typ 2-Diabetikern ist unklar. Deshalb wurden Melatonin und seine Vorstufen (Tryptophan, 5-Hydroxytryptophan, Serotonin und N-Acetylserotonin) in Epiphysen diabetischer GK-Ratten und stoffwechselgesunder Wistar-Ratten mittels high performance liquid chromatography (HPLC) untersucht. Tageszeit- und alternsabhängige Effekte wurden berücksichtigt. Die Expression der Tryptophanhydroxylase-, der Arylalkylamin-N-acteyltransferase- und der Hydroxyindol-O-methyltransferase-mRNA wurden ermittelt. Es zeigten sich Anhaltspunkte für eine verminderte Aktivität der Tryptophanhydroxylase mit Verminderung aller Vorstufen des Melatonins ab dem 5-Hydroxytryptophan in Epiphysen diabetischer GK-Ratten. Die Plasmamelatoninkonzentrationen waren bei GK-Ratten erniedrigt. Beide Tierstämme wiesen das typische Tagesprofil und einen alternsabhängigen Abfall der Plasmamelatoninkonzentration auf.