Die Proteinkinase CK2, die Glucose-stimulierte Insulinsekretion und der spannungsabhängige Calciumkanal Cav2.1

Abstract

Das Hormon Insulin, welches in den E-Zellen des Pankreas gebildet wird, spielt eine essentielle Rolle bei der Aufrechterhaltung des Blutglucosespiegels. Dementsprechend wichtig ist die Regulation der Insulinbiosynthese und -sekretion für eine schnelle Anpassung an den aktuellen Bedarf. Bisherige Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die hochkonservierte, ubiquitär vorkommende Serin-/Threoninkinase CK2 einen negativen Effekt auf diese Regulation ausübt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bringen neue Erkenntnisse über die Rolle der CK2 in der pankreatischen Ratten-E-Zelllinie INS-1 832/13. Ich konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit verifizieren, dass die Insulinsekretion in INS-1 832/13 Zellen durch eine CK2-Hemmung gesteigert wird und weiterhin zeigen, dass diese Steigerung durch eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Ionenkonzentration über einen Influx von extrazellulärem Ca2+ bedingt ist. Der Anstieg der Insulinsekretion konnte auch in pankreatischen murinen Inseln beobachtet werden. Erstmals konnte in dieser Dissertation der spannungsabhängige Calciumkanal Cav2.1 als ein Zielmolekül für eine Phosphorylierung durch die CK2 identifiziert werden, wobei in vitro die Serine an Position 1677, 2362 und 2364 als CK2-Phosphorylierungsstellen identifiziert wurden. Weiterhin konnte ich den Cav2.1 Calciumkanal in vitro und in vivo als einen Interaktionspartner der CK2 bestätigen und demonstrieren, dass die Interaktion mit beiden Untereinheiten der CK2 erfolgt. Eine Hemmung der CK2 trägt außerdem zur Destabilisierung des Cav2.1 Proteins bei. Durch einen ÄkQRckdRZQ³ deV Cav2.1 Kanals konnte ich in der der vorliegenden Dissertation zum ersten Mal zeigen, dass der stimulierende Effekt einer CK2-Inhibition auf die intrazelluläre Ca2+-Ionenkonzentration zum Teil auf einen Influx über den Cav2.1 zurück zu führen ist. Letztendlich konnte ich mit den vorliegenden Ergebnissen erstmals auf eine Regulation der Insulinsekretion durch eine CK2-Phosphorylierung des Cav2.1 Calciumkanals hinweisen. Eine CK2-Hemmung stellt damit ein interessantes Target zur Stimulation der Insulinbiosynthese und -sekretion dar und könnte damit dazu beitragen, der Entstehung von Diabetes mellitus entgegenzuwirken und neue Therapiemethoden zu entwickeln.

Insulin, a peptide hormone which is synthesized in pancreatic E-cells, plays an essential role in maintaining blood glucose levels. Accordingly, the regulation of biosynthesis and secretion of insulin is key to quick adjustments to current needs. Previous findings pointed to the highly conserved, ubiquitously serine-/threonine kinase CK2 for having a negative effect on this regulation. The results of the present work show new insight into the role of CK2 in the cell culture model of the rat pancreatic E-cells INS-1 832/13. As part of my thesis I could verify that insulin secretion in INS-1 832/13 cells increases after CK2 inhibition and that this increase is due to a rise of intracellular Ca2+ ion concentration by an influx of extracellular Ca2+. This increase in insulin secretion was also observed in pancreatic mouse islets. For the first time the voltage-dependent calcium channel Cav2.1 was identified as a target for CK2 with serine 1677, 2362 and 2364 as in vitro phosphorylation sites for CK2. Furthermore, I demonstrated that Cav2.1 is interacting with CK2 in vitro and in vivo and that the interaction is with both subunits of CK2. Moreover, the inhibition of CK2 contributes to the destabilization of Cav2.1 protein. In my dissertation I could show for the first time via Cav2.1 knockdown that the stimulating effect of a CK2 inhibition on intracellular Ca2+ ion concentration is due to an influx via Cav2.1. In summary, for the first time, the findings described in this thesis point to a regulation of insulin secretion through CK2 phosphorylation of the Cav2.1 calcium channel. Therefore, a CK2 inhibition represents an interesting target for stimulation of insulin biosynthesis and secretion and could be meaningful for the treatment of diabetes.