Diabetologie und Stoffwechsel 2016; 11 - P56
DOI: 10.1055/s-0036-1580803

Gesteigerte mitochondriale Atmung und Remodellierung von Lipiden in insulinresistenten C2C12 Myotuben

L Kappler 1, J Li 2, C Hu 2, U Ohmayer 3, S Hauck 3, G Xu 2, HU Häring 1, 4, 5, C Weigert 1, 4, 5, R Lehmann 1, 4, 5, M Hoene 1
  • 1Uniklinik Tübingen, Innere Medizin 4, Abteilung für Endokrinologie, Diabetologie, Angiologie, Nephrologie und Klinische Chemie, Tübingen, Germany
  • 2Key Laboratory of Separation Science for Analytical Chemistry, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian, China
  • 3Helmholtz Zentrum München, Research Unit Protein Science, München, Germany
  • 4Institut für Diabetesforschung und Metabolische Erkrankungen des Helmholtz Zentrum München an der Universität Tübingen, Tübingen, Germany
  • 5Deutsches Diabetes Zentrum (DZD), Neuherberg, Germany

Fragestellung: Es ist bisher nicht klar, ob Substratüberfluss und eine daraus resultierende Entgleisung des Metabolismus zu Insulinresistenz (IR) führt oder ob eine mitochondriale Fehlfunktion, wie sie häufig im Zusammenhang mit Typ 2 Diabetes beobachtet wird, die Konsequenz einer gestörten Insulinsignalkaskade ist.

Methodik: Um diese Frage zu untersuchen, wurden die Auswirkungen von Insulinresistenz (induziert durch chronische Hyperinsulinämie, 1µM) in der An- oder Abwesenheit hoher Glukosekonzentrationen (25 mM vs. Kontrolle 5,5 mM) auf das mitochondriale Lipidom, Proteom und die Atmung in C2C12 Skelettmuskelzellen verglichen. Außerdem wurden die Zellen während der 48h Stimulation mit geringen Mengen Palmitat und Oleat behandelt (je 50µM). Für die letzten 18h wurde 13C-markiertes Palmitat zugegeben, um die Fettsäureaufnahme in Lipide zu verfolgen. Respiratorische Funktionstests, stabil Isotopen-markierte Lipidomics- sowie Proteomicsanalysen wurden durchgeführt.

Ergebnisse: IR erhöhte, signifikant unter Hochglukosebedingungen, die oxidative Phosphorylierung und maximale Atmung (Komplex 2- assoziiert). Dies könnte möglicherweise auf einen Mechanismus zur Kompensation des Substratüberflusses hindeuten. Mittels Lipidomics konnten 492 Lipidspezies detektiert werden, 118 davon mit einem und 22 davon mit zwei 13C-Palmitat-Resten. Phosphatidylethanolamine (PE) waren unter IR erhöht (signifikant unter Hyperglykämiebedingungen). Aus früheren Publikationen besteht Evidenz dafür, dass die mitochondriale PE-Konzentration mit der Aktivität der Elektronentransportkette wie auch der Atmung korreliert. Zusätzlich konnte in insulinresistenten Myotuben ein verstärkter Einbau von 13C-Palmitat in Cardiolipine nachgewiesen werden (signifikant unter Niedrigglukosebedingungen). IR führte auch zu deutlichen Änderungen im Proteom.

Schlussfolgerung: Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass IR funktionelle Veränderungen in Mitochondrien von C2C12 Myotuben induziert, die mit einer Remodellierung Mitochondrien-spezifischer Lipide einhergehen.