Der Insulinrezeptor (IR) ist ein enzymatischer Single-Pass-Transmembranrezeptor, der die vielfältigen physiologischen Wirkungen von Insulin vermittelt. Es fungiert als dimeres Protein, wobei jedes Monomer aus zwei Peptidketten besteht, die durch eine Disulfidbindung verbunden sind: Die extrazelluläre α-Untereinheit, die die Ligandenbindungsdomäne enthält, und die Transmembran-β-Untereinheit, deren intrazelluläre Sequenz eine intrinsische Tyrosinkinase-Aktivität besitzt1. Durch alternatives Spleißen von Exon 11 entstehen durch die Transkription des IR-Gens zwei IR-mRNA-Varianten. IR-A fehlt das Exon 11, während IR-B es beibehält. Folglich unterscheiden sich IR-A und IR-B durch eine 12-Aminosäure-Sequenz in der Nähe des C-Terminus der α-Untereinheit, was zu einer deutlichen Bindung von Wachstumsfaktoren neben reifem Insulin und unterschiedlichen nachgeschalteten Signaleigenschaften führt. Während beide Varianten eine ähnliche Affinität zu Insulin aufweisen, hat IR-A im Vergleich zu IR-B eine höhere Affinität zu insulinähnlichem Wachstumsfaktor-II (IGF-II) und Proinsulin. Die Expressionsmuster von IR-A und IR-B variieren je nach Gewebe- und Zelltyp und Krankheitszustand2.
Ihre unterschiedliche Ausprägung in Geweben und Krankheiten unterstreicht ihren einzigartigen Beitrag zur Physiologie und Pathologie. Der Plexus choroideus (CP), eine spezialisierte Struktur, die Liquor cerebrospinalis (CSF) produziert und Teil der Blut-Liquor-Schranke ist, spielt eine entscheidende Rolle beim Nährstofftransport, der Abfallbeseitigung und der Neuroprotektion, insbesondere bei Entzündungen. Beide IR-Isoformen werden im CP exprimiert, wo sie wahrscheinlich das Volumen und die Zusammensetzung des Liquors regulieren. IR-A fördert durch seine hochaffine Bindung an IGF-II wahrscheinlich die zelluläre Proliferation und Gewebereparatur im CP-Epithel. IR-B hingegen ist am Insulintransport über die Blut-Liquor-Schranke beteiligt und unterstützt die Insulinverfügbarkeit im Gehirn für Astrozyten, Neuronen, Gliazellen und Glukosehomöostase 3,4.
Prädiabetische IR-Spiegel wurden bei asymptomatischen Personen mit genetischem Risiko für die Alzheimer-Krankheit (AD) mit erhöhtem Liquor-Tau in Verbindung gebracht5, und Veränderungen des IR-A/IR-B-Verhältnisses wurden mit Insulinresistenz, Alterung und erhöhten proliferativen Aktivitätsfaktoren in Verbindung gebracht, die zu Krebs und anderen Pathologien beitragen können6. Die Identifizierung isoformspezifischer Expressionsmuster von IR-A und IR-B stellt einen entscheidenden Schritt zur Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien für komplexe Erkrankungen des Zentralnervensystems dar. Aktuelle Ansätze wie Immunfärbung und qPCR sind jedoch begrenzt: Nicht alle Proteine können zuverlässig immunmarkiert werden, da es an validierten Antikörpern mangelt, und obwohl die qPCR hochspezifisch ist, fehlt es ihr an räumlicher Auflösung.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir die Duplex-in-situ-Hybridisierung (ISH) eingesetzt, eine fortschrittliche RNA-Detektionstechnologie, die auf der RNAscope-Plattform BaseScope basiert. Dieser Assay verwendet ein einzigartiges Doppel-Z-Sondendesign, das eine Tandembindung an die Ziel-RNA erfordert, was eine hohe Spezifität und Sensitivität ermöglicht, selbst für Transkripte mit geringer Abundanz. Das fluoreszierende oder chromogene Signal wird durch mehrere Sondenbindungsereignisse verstärkt, wodurch die Detektion verbessert und der Hintergrund reduziertwird 7. Im Gegensatz zum Standard-RNAscope ist dieser Assay für den Nachweis kurzer RNA-Sequenzen (50-300 Basen) optimiert und eignet sich daher besonders für die Identifizierung alternativer Spleißereignisse, Einzelnukleotidvarianten und seltener Transkripte in komplexen Geweben wie dem Gehirn8.
Dieser Assay visualisiert Ziele gleichzeitig als unterschiedliche grüne (C1) und rote (C2) chromogene Signale unter Hellfeld. Es gewährleistet den Erfolg mit Geweben, die in 4 % Paraformaldehyd (PFA) oder 10 % neutralem gepuffertem Formalin (NBF) fixiert und bei 5 μm bis 15 μm (gefroren/FFPE) geschnitten sind und RNA mit geringer bis hoher Abundanz enthalten. Aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber RNA-Abbau, Überfixierung und Sondenfehlern müssen wir die Vorbehandlung, das Sondendesign und die Kontrollen optimieren, um die Spezifität zu maximieren und den Hintergrund zu minimieren. Hier haben wir diesen Duplex-ISH-Assay angewendet, um die Expressionsmuster von IR-A und IR-B in der murinen CP zu charakterisieren, was neue Einblicke in die räumliche Biologie von IR-Isoformen und ihre mögliche Rolle bei der Gesundheit und Krankheit des Gehirns bietet.