Untersuchungen zur Bedeutung des second messenger cGMP für Rezeptor-mediierte Melatonin-Effekte auf die Insulinsekretion der pankreatischen β-Zelle

Abstract

Zahlreiche in vitro- und tierexperimentelle Untersuchungen konnten belegen, dass Melatonin die Insulinsekretion der pankreatischen β-Zelle senkt. Erstmals wurde nachgewiesen, dass neben dem MT1-Rezeptor auch der MT2-Rezeptor in der Übermittlung dieser Melatoninwirkung von Bedeutung ist und dass Melatonin sowohl Einfluss auf die cAMP-Signalkaskade als auch die cGMP-Signalkaskade nimmt. Molekularbiologische und funktionelle Untersuchungen an Ratten-Insulinoma-Zellen (INS1) als Modell der pankreatischen β-Zelle belegen, dass Melatonin die Aktivität der Stickstoffmonoxid-Synthase und Guanylatzyklase inhibiert, was konsekutiv mit einer Senkung der intrazellulären cGMP-Konzentration einhergeht. Eine Hemmung der cGMP-Produktion wiederum führt - vermittelt über die Proteinkinase G und CNG(cyclic nucleotide-gated)-Kanäle - zur Senkung der Insulinfreisetzung. Somit konnte in vitro der Nachweis erbracht werden, dass Melatonin seine Insulin-senkende Wirkung über Hemmung der cGMP-Signalkaskade mediiert. Zusätzlich bestätigen Untersuchungen zur Expression der löslichen Guanylatzyklase in Pankreata und Langerhansschen Inseln auch in vivo den Einfluss von Melatonin auf den cGMP-Transduktionsweg: Zum einen wurde gezeigt, dass in Melatoninrezeptor-knockout-Mäusen die mRNA des Enzyms im Vergleich zum Wildtyp signifikant höher exprimiert ist; zum anderen konnten in Rattenmodellen Veränderungen des Expressionsniveaus in Abhängigkeit von Tageszeit und Melatoninkonzentration sowie bei diabetischer Stoffwechsellage festgestellt werden. Die Ergebnisse ergänzen bisherige Untersuchungen zur Signaltransduktion und dem Rezeptor-mediierten Einfluss von Melatonin auf die Insulinsekretion sowie zu Veränderungen bei Vorliegen eines Typ2-Diabetes. Das Wissen zum Zusammenhang von Melatonin und dem Glukosestoffwechsel könnte zukünftig mögliche therapeutische Ansätze in der Behandlung der Diabeteserkrankung liefern.