Die Rolle von FOXO1 im Glukokortikoid-induzierten Betazelltod und dessen Regulation durch die Kinasen AKT und SGK1

Abstract

Steroiddiabetes ist eine häufige Nebenwirkung der Langzeitbehandlung mit hohen Dosen von Glukokortikoiden (GK). Die Betazelle ist hierbei nicht in der Lage die erhöhte hepatische Glukoneogenese und periphäre Insulinresistenz durch eine ausreichende Insulinsekretion zu kompensieren. Publizierte Studien geben Hinweise, dass die Aktivierung des Transkriptionsfaktors (TF) forkhead box O1 (FOXO1) beim GK-induzierten Betazelltod eine wichtige Rolle einnehmen könnte. In dieser Arbeit wurde die Rolle und Regulation von FOXO1 in der Glukokortikoid-induzierten Betazell-Apoptose untersucht. Als Modell diente zum einen die aus der Ratte stammende Betazelllinie INS-1E sowie aus der Maus isolierte Inselzellen. GK-Rezeptoraktivierung durch Behandlung mit dem synthetischen GK Dexamethason (Dexa) stimulierte die Genexpression von FOXO1, wohingegen die AKT-abhängige Phosphorylierung an Ser256 unverändert blieb. Immunfluoreszenzfärbungen zeigten eine überwiegend zytosolische Lokalisation des TFs. Im Gegensatz zu Dexa führte der panAKT Inhibitor Akti-1/2 (Akti) zu einer nukleären Akkumulation und somit auch transkriptionellen Aktivität von FOXO1. Weiter wurde nach Dexa-Behandlung eine verringerte AKT-Phosphorylierung und gleichzeitig eine dramatische Induktion der AKT-verwandten Kinase SGK1 (serum- and glucocorticoid-inducible kinase 1) beobachtet. Eine Regulation der Phosphorylierung und zellulären Translokation von FOXO1 durch SGK1 konnte aber durch Versuche mit einem Inhibitor und siRNA, sowie Transfektion mit einer inaktiven SGK1 ausgeschlossen werden. Herrunterregulation der einzelnen AKT-Isoformen durch siRNA zeigte hingegen, dass nur die Verringerung aller drei Isoformen eine erniedrigte Phosphorylierung und nukleäre Akkumulation des TFs bewirkt. Überraschenderweise beeinflusste eine verminderte Proteinexpression von FOXO1 durch siRNA nicht die Dexa-induzierte Apoptose und Bim-Expression, verhinderte jedoch die Effekte von Akti. Bim ist ein proapoptotisches Mitglied der BCL-2-Proteinfamilie, welche die mitochondriale Apoptose reguliert. Die parallele Behandlung mit Dexa und Akti verstärkte synergistisch die Apoptose und die Expression von Bim. Diese Arbeit zeigt, dass für die Regulation von FOXO1 in Betazellen alle drei AKT-Isoformen relevant sind und SGK1 keinen Einfluss auf dessen Phosphorylierung an Ser256 und Ser319 und subzelluläre Lokalisation hat. Zudem wurde erstmalig gezeigt, dass FOXO1 nicht den Initiator der GK-vermittelten Apoptose in Betazellen darstellt, obwohl GKs die Synthese des TFs stimulieren. Dadurch wirkt eine GK-unabhängige Stimulation von FOXO1 synergistisch auf den Betazelltod.