Ученые разработали метод измерения того, где и как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) высвобождается из бета-клеток поджелудочной железы. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Metabolism.
Актуальность проблемы
Когда инсулин секретируется из бета-клеток в поджелудочной железе для контроля уровня глюкозы в кровотоке, ГАМК также высвобождается из клеток, чтобы «успокоить» и подготовить клетки к следующему импульсу секреции инсулина.
Наличие стабильного уровня инсулина является ключом к функционированию здоровой поджелудочной железы. Нарушение биосинтеза ГАМК бета-клеток или высвобождение ГАМК из клетки может сделать островковую ткань уязвимой к дисфункции или воспалению, связанному с диабетом 1 и 2 типа.
ГАМК появляется в бета-клетках поджелудочной железы почти в тех же концентрациях, что и в нервных клетках головного мозга. В течение последних 30 лет ученые считали, что ГАМК высвобождается из бета-клеток так же, как и в нервных клетках. В мозгу ГАМК хранится в небольших пузырьках на конце нервной клетки. Когда нервный импульс стимулирует везикулы в аксоне клетки, чтобы передать импульс следующей нервной клетке, ГАМК также выделяется из везикул. ГАМК действует, успокаивая нерв, чтобы он был готов к следующему импульсу. Однако ранне ученые не смогли обнаружить везикулярный транспортер ГАМК в 99% бета-клеток, что ограничило традиционное объяснение высвобождения ГАМК из бета-клеток поджелудочной железы.
Материалы и методы обследования
Исследователи использовали комбинацию высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и анализов биосенсорных клеток ГАМК для измерения динамики высвобождения ГАМК из островков поджелудочной железы. В серии экспериментов с использованием гипотонического солевого раствора для открытия канала VRAC биосенсор был помещен ниже по течению от островков поджелудочной железы, содержащих бета-клетки. Биосенсор флуоресцировал при высвобождении ГАМК и просматривался с помощью конфокальной микроскопии.
Результаты научной работы
В своих ранних научных работах в этой области автор исследования Эдвард Фелпс (Edward Phelps) наблюдал, что ГАМК не упакован в пузырьки внутри бета-клеток поджелудочной железы; скорее, он равномерно распределен по всей бета-клетке. Обнаружив, что ГАМК не секретируется из пузырьков в бета-клетке, Эдвард Фелпс с соавторами начали искать другой путь для высвобождения ГАМК из бета-клетки.
«Между внутренним пространством бета-клетки и внеклеточным пространством существует канал, который, по нашему мнению, требует глубокого изучения», — считает Фелпс.
«Регулирующий объем анионный канал VRAC известен для другой цели. Он используется, чтобы помочь клеткам поддерживать свою форму, стабилизируя равновесие, осмотическое давление внутри и снаружи клетки. Когда нарушается этот баланс и изменяется форма клетки, небольшие органические химические вещества, известные как осмолиты, удаляются из клетки через канал VRAC, чтобы помочь клетке восстановить свою форму. Когда мы искусственно открыли этот канал в бета-клетках, используя низкое содержание соли, мы обнаружили, что этот канал также транспортирует ГАМК», — добавляет Фелпс.
В результате своих исследований ученые обнаружили, что в бета-клетке:
- ГАМК высвобождается независимо от концентрации глюкозы и в импульсах, которые возникают с частотой в том же диапазоне, что и импульсы секреции инсулина in vivo;
- ГАМК является диффузионным фактором, действующим на рецепторы ГАМК, активация которого регулирует активность бета-клеток (аутокринная передача сигналов);
- Производство и высвобождение ГАМК может регулировать интервалы секреции инсулина.
Эти результаты представляют ранее не описанный способ аутокринной передачи сигналов в островке поджелудочной железы, который также может распространяться на многие другие типы клеток и тканей, о которых известно, что они используют передачу сигналов ГАМК.
Авторы другого исследования утверждают, что автоматизированная система доставки инсулина улучшает гликемический контроль.