Charakterisierung der Ektonukleotidpyrophosphatase/ Phosphodiesterase 1 und Fructose-1,6-bisphosphatase 1 als CK2-abhängige Zielmoleküle

Abstract

Die Aufrechterhaltung eines normwertigen Blutzuckerspiegels wird im menschlichen Körper durch ein komplexes Netzwerk aus Hormonen und Neuropeptiden gesteuert. Eine zentrale Rolle der Glucosehomöostase spielen dabei die pankreatischen β-Zellen als Ort der Insulinbiosynthese. In diesen Signalweg greift nach derzeitigem Wissenstand die hochkonservierte und ubiquitär exprimierte Serin-/Threonin-Proteinkinase CK2 mit einem negativen Effekt auf die Insulinexpression ein. Als tetrameres Enzym, bestehend aus zwei katalytischen (, ') und zwei regulatorischen (β) Untereinheiten, reguliert sie u.a. Pdx1 als zentralen Transkriptionsfaktor der Insulinexpression. In einem von Michelle Völcker durchgeführten qRT-PCR-Array mit 84 Diabetes-assoziierten Genen zeigten die Ektonukleotidpyrophosphatase/Phosphodiesterase 1 (ENPP1) und Fructose-1,6-Bisphosphatase 1 (FBP1) jeweils eine mindestens um den Faktor 3 erniedrigte Genexpression nach Hemmung der CK2-Aktivität. Im Zellmodell pankreatischer Ratten-Insulinomzellen INS-1/832 13 und Ratten-Hepatomzellen McA-RH7777 sollte die mögliche CK2-Abhängigkeit der Expression von ENPP1 und FBP1 untersucht werden. In den Zellen wurde die CK2 dabei einerseits durch den Inhibitor CX-4945 und mittels Transfektion gehemmt. Die in der qRT-PCR erhobenen Ergebnisse zeigten für ENPP1 eine 2.47-, bzw. für FBP1 eine 1.92-fache Herunterregulation der mRNA-Expression. Die Ergebnisse wurden auf Proteinebene untersucht, wobei die Proben von ENPP1 eine 0.67-fache Herunterregulation ergaben. Für FBP1, als ein Schlüsselenzym der Gluconeogenese, war ein Nachweis des Proteins nicht möglich, daher erfolgte der indirekte Nachweis über eine Messung der Glucoseneubildung. Dabei konnte in transfizierten McA-RH7777-Zellen nach Hemmung der CK2-Kinaseaktivität eine auf etwa 63% reduzierte Sekretion von Glucose ermittelt werden. Das Wissen einer CK2-abhängigen Regulation der FBP1 dient dabei als Erweiterung der Kenntnis des CK2-abhängigen Netzwerks. Die Inhibition der CK2 könnte dabei ein weiterer Baustein in der Therapie insulinabhängiger Erkrankungen darstellen.

The maintenance of a normal blood sugar level is controlled in the human body by a complex network of hormones and neuropeptides. Pancreatic β-cells play a central role in glucose homeostasis as the place of insulin biosynthesis. According to the current knowledge, the highly conserved and ubiquitously expressed serine/threonine protein kinase CK2 intervenes in this signal pathway, with a negative effect on insulin expression. As a heterotetramer composed of two catalytic (α, α') and two regulatory (β) subunits, it modulates Pdx1 as the central transcription factor of insulin expression. In a qRT-PCR array carried out by Michelle Völcker with 84 diabetes-associated genes, ectonucleotidepyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (ENPP1) and fructose-1,6-bisphosphatase 1 (FBP1) each showed a gene expression that was at least 3 times lower. Within this dissertation, pancreatic rat insulinoma cells INS-1/832 13 and rat hepatoma cells McA-RH7777 were used to describe effects of a CK2 inhibition to ENPP1 and FBP1 as possible CK2-dependent targets. In addition a possible influence on protein expression was investigated. An inhibition of the CK2 kinase activity was achieved with the inhibitor CX-4945 and by transfection. The results obtained in the qRT-PCR showed a 2.47-fold for FBP1 and 1.92-fold down regulation of the gene expression for ENPP1. The collected data was confirmed at the protein level, with the ENPP1 samples showing a 0.67-fold down regulation. For FBP1, a key enzyme in gluconeogenesis, it was possible to determine a secretion of glucose reduced to about 63% in transfected McA-RH7777 cells after inhibition of the CK2 kinase activity. CK2-dependent regulation of FBP1 serves as an extension of the knowledge of the CK2-based network. Inhibition of CK2 could represent a further option in the therapy of insulin-dependent diseases.