Wirkung von Insulin auf die mikrovaskuläre endotheliale Barrierenfunktion

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung des Insulins auf dieStabilität der endothelialen Barriere untersucht. Gefäßendothelzellen bilden alseinlagige Zellschicht die luminale Oberfläche des gesamten Blutgefäßsystems.Insulin ist an einer Vielzahl von physiologischen Prozessen beteiligt, wie z. B beider Regulation der Permeabilität, des Vasotonus und der Hämostase. Insulin istein lebenswichtiges Peptidhormon, das neben seinen metabolischen Funktionenauch vasoaktive Wirkungen hat. So führt eine gesteigerte Insulinkonzentration zueiner Zunahme der Durchblutung der Extremitäten und zu einer Abnahme desGefäßwiderstandes. Die Stabilität der endothelialen Barriere wird über denkontraktilen Apparat, bestehend aus dem Aktin-Myosin-Komplex, und über Zell-Zell-Kontakte reguliert.In kultivierten koronaren mikrovaskulären Zellen der Ratte (RCEC) wurdenin einem ersten Schritt Insulinrezeptoren nachgewiesen. Des Weiteren wurdendie VE-Cadherin-Translokation, MLC-Phosphorylierung, Makromolekülpermeabilität,NO-Freisetzung, Akt- und Rac1-Aktivität unter Einfluss von Insulinuntersucht.Insulin führt zu einer MLC-Dephosphorylierung und VE-Cadherin-Translokation an die Zellgrenzen, was von einer signifikanten, konzentrationsabhängigenAbnahme der Makromolekülpermeabilität begleitet wird. Dermaximale Effekt wurde bei 1 IE/ml Insulin erreicht. Dieser protektive Effekt auf dieMakromolekülpermeabilität kann durch Genistein (Tyrosinkinase-Inhibitor) undHNMP(AM)3 (spezifischer Hemmstoff der Insulinrezeptor-Tyrosinkinase)vollständig gehemmt werden und zeigt damit, dass der Insulineffekt über denInsulinrezeptor vermittelt wird. Des Weiteren induziert Insulin die Aktivierung vonAkt und Rac1. Diese Effekte konnten durch einen Rac1-Inhibitor (NSC23766) undWortmannin (PI3K-Inhibitor) vollständig sowie mit L-NAME (eNOS-Inhibitor)teilweise gehemmt werden. Zusammenfassend stabilisiert Insulin Rezeptorvermitteltdie endotheliale Schrankenfunktion über PI3K/Akt-vermittelte Rac1-Aktivierung.In Zukunft könnten durch Verständnis dieses Signaltransduktionswegesneue therapeutische Strategien entwickelt werden, die vor einem Versagen derendothelialen Barriere schützen.

In this thesis the effect of insulin on the endothelial barrier stability wastested. Endothelial cells form as a single-layer cell coat the luminal surface of theblood vessels. It is involved in a multiplicity of physiological processes like theregulation of permeability, vasotonus and hemostasis. Insulin is an essentialhormone with vasoactive actions beside its metabolic functions. The increase ofthe insulin concentration causes an increase of blood flow in the extremities and areduction of the vessel resistance. The endothelial barrier function is regulated viathe contractile machinery, consisting of the actin-myosin complex, and cell-celladhesions.First of all, the existence of insulin receptors was tested in cultured ratcoronary endothelial cells (RCEC). Furthermore the VE-cadherin translocation,MLC phosphorylation, macromolecule permeability, NO release, Akt- and Rac1-activity were analyzed under the influence of insulin. Insulin induces adephosphorylation of the MLC and a VE-cadherin translocation to the cellborders, which is accompanied by a significant concentration dependentreduction of the macromolecule permeability.The maximal effect was achieved with 1 IU/ml insulin. This protective effecton permeability could be blocked by genistein (tyrosine kinase inhibitor), andHNMP(AM)3 (insulin receptor kinase inhibitor), suggesting that the effect of insulinis receptor mediated. Furthermore, insulin induced the activation of Akt and Rac1.These effects could be blocked entirely by NSC23766 (Rac1 inhibitor) andwortmannin (PI3K inhibitor), and partially by L-NAME (eNOS inhibitor). Inconlusion, insulin stabilizes receptor-mediated the endothelial barrier function viaPI3K/Akt mediated Rac1 activation.In the future, other agents may be identified, which use this signaltransduction mechanism for therapeutic approaches to the capillary leakagesyndrome.