Insuline wordt geproduceerd door de beta-cellen van de alvleesklier eiland en is een zeer belangrijke regelgever van glucose metabolisme1. Overlijden of disfunctie van beta cellen glucose homeostase verstoort en leidt tot diabetes2. Insuline is verpakt in dichte-core submodules die worden uitgebracht in een Ca2 +-afhankelijke manier3. Het is van essentieel belang om volledig te begrijpen wat bepaalt insuline secretie en opent nieuwe mogelijkheden voor de identificatie van nieuwe therapeutische doelen voor de behandeling van diabetes ophelderen hoe insuline submodule exocytose is geregeld.
Insuline exocytose is uitgebreid bestudeerd met behulp van elektrofysiologische benaderingen, zoals membraan precisiecapaciteit metingen en microscopische benaderingen in combinatie met fluorescerende moleculen. Membraan precisiecapaciteit metingen hebben goede temporele resolutie en toestaan van eencellige opnames. Echter veranderingen in de capaciteit weerspiegelen de mutatie in de oppervlakte van de cel en niet individuele fusion gebeurtenissen of insuline submodule fusie van andere niet-insuline secretoire blaasjes3onderscheiden. Microscopische benaderingen, zoals twee-foton of totale interne reflectie (TIRF) fluorescentie microscopie in combinatie met fluorescerende sondes en vesikel lading eiwitten, bieden extra detail. Deze technieken vangen enkele exocytotic evenementen en ook de pre- en post exocytotic etappes en kunnen worden gebruikt voor het bestuderen van de exocytotic patronen in populaties van cellen3.
Fluorescerende verslaggevers zijn drie soorten: 1) de extracellulaire, 2) cytoplasmatische of 3) vesiculaire. 1) extracellulaire verslaggevers zijn polar traceurs (bijvoorbeeld, dextrans, sulforhodamine B (SRB), lucifer geel, pyranine) die kunnen worden ingevoerd via de extracellulaire milieu-4. Het gebruik van de polar verklikstoffen zorgt voor het onderzoek van de fusie porie in een bevolking van cellen en vangt diverse intercellulaire structuren zoals bloedvaten. Echter, zij niet meldt op vesikel lading gedrag. 2) cytoplasmatische verslaggevers zijn fluorescerende sondes gekoppeld aan membraan-geassocieerde eiwitten die gezicht van het cytoplasma en zijn betrokken bij docking en exocytose. Voorbeelden zijn leden van de familie oplosbare Nfactor - ethylmaleimide-sensitive bijlage eiwit receptor (SNARE) die met succes zijn gebruikt in de neurowetenschappen voor het bestuderen van de neurotransmitter versie5. Dergelijke eiwitten bevatten meerdere bindende partners en zijn niet insuline-submodule specifieke. 3) vesiculaire verslaggevers zijn fluorescerende sondes gesmolten aan vesiculaire lading eiwitten die voor het onderzoek van lading-specifieke vesikel gedrag toestaan. Insuline-submodule specifieke lading eiwitten bevatten insuline, c-peptide islet amyloïde polypeptide en NPY o.a.6,7. NPY is alleen aanwezig in de insuline die submodules bevatten, en wordt mede uitgebracht met insuline, waardoor het een uitstekende partner voor een fluorescerende verslaggever8.
De fusie van verschillende fluorescente proteïnen te NPY eerder heeft gewerkt aan het bestuderen van de verschillende aspecten van exocytose in neuro-endocriene cellen, zoals bijvoorbeeld het vereiste van specifieke synaptotagmin isoforms9,10 en hoe de tijdsverloop van release hangt af van het cytoskelet actine en myosin II11,12. In deze studie kozen we pHluorin als de fluorescerende verslaggever, die is een gemodificeerde GFP thats niet-belichting fluorescerende bij de zure pH in dichte kern korrels, maar wordt helder fluorescerende bij blootstelling aan de neutrale extracellulaire pH-13. Volwassen insuline korrels hebben een zure pH onder de 5.5. Zodra de submodule met de plasmamembraan en opent smelt, wordt de lading wordt blootgesteld aan de neutrale extracellulaire pH van 7,4, waardoor het gebruik van de pH-gevoelige eiwitten-pHluorin als verslaggever7,14.
Gezien de gevoelige aard van de pH van de pHluorin en de selectieve expressie van NPY in insuline korrels, kan de structuur van de fusie van de NPY-pHluorin worden gebruikt om te bestuderen van de verschillende eigenschappen van insuline submodule exocytose. De virale levering van de fusion constructie zorgt voor een hoge transfectie efficiëntie en werkt op primaire beta cellen of cellijnen en geïsoleerde eilandjes. Deze methode kan ook worden gebruikt als een richtsnoer voor de studie van exocytose in een ander celtype met NPY-bevattende blaasjes. Het kan ook worden gecombineerd met een transgeen muismodel effecten van bepaalde voorwaarden (knockdowns, overexpressie, enz.) te bestuderen op exocytose. Deze techniek is eerder gebruikt voor het karakteriseren van de ruimtelijke en temporele patronen van insuline secretie van de submodule in bèta cel populaties in menselijke eilandjes15.