Advanced

Melatonin receptors in pancreatic islets - Linking a genetic variant to functional phenotype

Nagorny, Cecilia LU (2012) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2012:72.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Diabetes är en folksjukdom som kännetecknas av förhöjt blodsocker. Sjukdomens förekomst ökar dramatiskt över hela världen och beskrivs ofta som en pandemi. I huvudsak finns det två olika former av diabetes, typ 1 och typ 2. Typ 1 drabbar oftast barn och ungdomar – de insulinproducerande β-cellerna förstörs av kroppens egna immunförsvar. Vid typ 2 diabetes ser sjukdomsbilden annorlunda ut. Enkelt beskrivet består den av två delar. Den ena delen innebär att kroppen inte svarar tillräckligt på det insulin som tillhandahålls av β-cellerna, så kallad insulinresistens. De vävnader, som är huvudsakliga målorgan för insulin, nämligen lever, muskel och fett, drabbas särskilt. Ökad fetma och inaktivitet,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Diabetes är en folksjukdom som kännetecknas av förhöjt blodsocker. Sjukdomens förekomst ökar dramatiskt över hela världen och beskrivs ofta som en pandemi. I huvudsak finns det två olika former av diabetes, typ 1 och typ 2. Typ 1 drabbar oftast barn och ungdomar – de insulinproducerande β-cellerna förstörs av kroppens egna immunförsvar. Vid typ 2 diabetes ser sjukdomsbilden annorlunda ut. Enkelt beskrivet består den av två delar. Den ena delen innebär att kroppen inte svarar tillräckligt på det insulin som tillhandahålls av β-cellerna, så kallad insulinresistens. De vävnader, som är huvudsakliga målorgan för insulin, nämligen lever, muskel och fett, drabbas särskilt. Ökad fetma och inaktivitet, vilka är svåra nutida hälsoproblem, bidrar till insulinresistens. Den andra delen vid typ 2 diabetes är β-cellernas oförmåga att kompensera för insulinresistensen i kroppen. Med andra ord klarar inte β-cellen av att utsöndra insulin i tillräckligt hög grad. Dessa två faktorer leder till den förhöjda blodsockernivån vid diabetes.

Orsaken till diabetes är fortfarande inte helt klarlagd. Som vid många andra sjukdomar består den av en kombination av ärftlighet (genetik) och miljöfaktorer. De senaste åren har forskningen inom diabetes, speciellt kring typ 2 diabetes, gjort stora genombrott på det genetiska området. Här har man hittat flera gener som ökar risken för att få typ 2 diabetes. En av dessa så kallade kandidatgener är melatoninreceptor 2 (MTNR1B). Denna receptor binder melatonin, ett hormon som synkroniserar den biologiska klockan i kroppen. Melatonin är mest känt som ett medel mot sömnproblem eller jet lag.

I denna avhandling beskriver vi i den första delen upptäckten av melatonin receptor 2 som en kandidatgen vid typ 2 diabetes. Personer som bär denna riskvariant visar en ökad risk för typ 2 diabetes samt förhöjda sockervärden i blodet efter fasta. Samma personer har också en sämre insulinfrisättning efter stimulering med socker.

Vad ligger bakom denna ökade risk? Studier kring detta är svåra att genomföra på människor, då miljöfaktorer påverkar dessa undersökningar och vissa analyser är inte möjliga att göra på människa. Ett sätt att kringgå dessa problem är att utföra studier på djur, där miljöpåverkan är betydligt mer kontrollerad. En annan fördel är att man i djurmodeller kan slå ut, det vill säga ta bort, en specifik gen för att kunna undersöka vad genen har för betydelse för organismen. I resterande delarbeten har vi använt oss av sådana djur, där receptorer för melatonin har slagits ut. Flera olika stammar har avlats fram, då melatonin binder i huvudsak till två olika receptorer, melatoninreceptor 1 (MT1) och melatoninreceptor 2 (MT2). Vi har med andra ord undersökt blodsockernivåer och insulinfrisättning i möss som saknar MT1, MT2 eller båda receptorerna (MT1/2).

I första hand ville vi veta var melatoninreceptorer finns i Langerhanska öar. Langerhanska öar är små anhopningar av celler i bukspottskörteln som producerar och frisätter ett antal olika hormoner, bland andra insulin och dess motpart glukagon. Vi kunde konstatera att det finns en distinkt uppdelning av receptorerna mellan olika celltyper. MT2 fanns i insulin-producerande β-celler medan MT1 hittades i glukagon-producerande α-celler.

Nästa delmål var att undersöka om möss utan MT2 hade förändrade blodsockernivåer eller insulinfrisättning. Blodsockervärdena uppvisade inte några skillnader mellan möss med och utan MT2. Insulinfrisättning var däremot kraftigt ökad i möss som saknade MT2. Dessa djur visade sig även ha ett större antal Langerhanska öar. Mössen som saknar MT2 uppvisar med andra ord en förhöjd insulinfrisättning som kompenseras av att levern släpper ut lite mera socker än normalt; därmed ser man inga skillnader i blodsockernivåerna. Detta är i stort sett motsatsen till den bild som beskrivs i riskbärare av MT2.

I sista delarbetet koncentrerade vi oss på att undersöka de andra två musstammarna, MT1 och MT1/2 och jämföra dessa med MT2 och en grupp av kontrollmöss. För att lättare kunna tolka och förstå de stora mängder resultat vi samlat in använde vi oss av en speciell typ av statistik. Den tar hänsyn till många olika mätpunkter samt ser mönster av olika slag i resultaten. Denna typ av statistik kallas multivariatstatistik. Med hjälp av denna kunde vi visa att MT1/2 möss inte skilde sig från kontrollmössen; det gjorde däremot MT1 och MT2 möss på flera punkter. MT1 möss visade en mer diabetes-lik bild med höga blodglukosvärden och lite insulinfrisättning. MT2 möss visade istället en oförändrad blodsockernivå med ökad insulinfrisättning.

Vårt övergripande mål var således att förstå hur det kommer sig att risken att få typ 2 diabetes ökar när en person är bärare av en viss riskvariant i genen för melatoninreceptor 2? I denna avhandling har vi samlat bevis för att dessa bärare har ett ökat antal melatoninreceptorer 2 i β-celler. Detta leder till en hämning av insulinfrisättningen från dessa celler i en större omfattning än hos individer som inte bär riskvarianten. Till följd av detta har bärare av riskvarianten även högre blodsockervärden och en ökad risk för att få typ 2 diabetes. Denna kunskap kan få betydelse på sikt genom att individer med ökad risk kan identifieras. Möjligen kan bärare av riskvarianten svara bättre än andra på vissa mediciner mot typ 2 diabetes. Slutligen kan man tänka sig att framtida läkemedel mot typ 2 diabetes skulle kunna angripa de processer som riskvarianten i genen för melatoninreceptor 2 svarar för. (Less)
Abstract
Defective insulin secretion and insulin resistance are the two hallmarks of Type 2 Diabetes (T2D). The pathophysiology of the disease is not fully understood but genetic susceptibility for the disease is a new major player in the understanding of the underlying mechanisms. T2D research has in recent years invested tremendous efforts in identifying new risk variants for the disease. It has proven to be a great success, with about 40 new risk loci identified. This thesis describes the discovery and functional phenotype of one of these risk variants: the melatonin receptor 2 (MT2; MTNR1B). The overall aim was to understand the link between this genetic variation and the functional phenotype.

The initial finding of the risk variant in... (More)
Defective insulin secretion and insulin resistance are the two hallmarks of Type 2 Diabetes (T2D). The pathophysiology of the disease is not fully understood but genetic susceptibility for the disease is a new major player in the understanding of the underlying mechanisms. T2D research has in recent years invested tremendous efforts in identifying new risk variants for the disease. It has proven to be a great success, with about 40 new risk loci identified. This thesis describes the discovery and functional phenotype of one of these risk variants: the melatonin receptor 2 (MT2; MTNR1B). The overall aim was to understand the link between this genetic variation and the functional phenotype.

The initial finding of the risk variant in the MTNR1B gene was associated with increased fasting plasma glucose, impaired early insulin secretion, and increased risk of T2D. Also, risk variant carriers displayed increased mRNA expression of MTNR1B in islets, suggesting a direct inhibitory effect of melatonin on β-cells.

The confirmation and further characterization of melatonin receptor expression in pancreatic islets was completed in study II. Here, we could show that murine pancreatic islets express MT2 in β-cells, whereas melatonin receptor 1 (MT1) is localized in α-cells.

After an intravenous glucose challenge, glucose elimination was unaltered in MT2 whole body knock out animals. In contrast, insulin secretion was elevated, particularly the first phase of secretion. This could in part be explained by an increased amount of pancreatic islets in these animals.

The two other knock out strains investigated – the MT1 knock out and the double knock out MT1/2 – displayed a more moderate phenotype. Whereas the MT1/2 mouse was very similar to wild type mice in all parameters of glucose homeostasis investigated, MT1 mice displayed a more diabetes-like phenotype, with elevated blood glucose levels after glucose challenge.

Taken together, findings in the MT2 knock out mice supported the model of a gain-of-function mutation in MT2/MTNR1B in humans in T2D. This results in increased expression of the receptor in β-cells, where it exhibits a direct inhibition of insulin release. With this, we have substantiated a possible link between the genetic risk variant and the functional phenotype of MTNR1B. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Persaud, Shanta, Division of Diabetes & Nutritional Sciences, King's College London
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Melatonin receptor, knock out mice, IVGTT, OGTT, ITT, Hyperinsulinemic clamp, MTNR1B, MT2
in
Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
volume
2012:72
pages
70 pages
publisher
Unit of Molecular Metabolism, Department of Clinical Sciences, Malmö.
defense location
Tidskriften, Jan Waldenströmsgata 5, plan 1, Skånes Universitets Sjukhus i Malmö (SUS)
defense date
2012-09-14 13:00
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-87189-35-7
language
English
LU publication?
yes
id
29e2643c-8ddb-416e-b9de-2676f7e7737b (old id 3044692)
date added to LUP
2012-08-28 11:40:17
date last changed
2016-09-19 08:44:48
@phdthesis{29e2643c-8ddb-416e-b9de-2676f7e7737b,
  abstract     = {Defective insulin secretion and insulin resistance are the two hallmarks of Type 2 Diabetes (T2D). The pathophysiology of the disease is not fully understood but genetic susceptibility for the disease is a new major player in the understanding of the underlying mechanisms. T2D research has in recent years invested tremendous efforts in identifying new risk variants for the disease. It has proven to be a great success, with about 40 new risk loci identified. This thesis describes the discovery and functional phenotype of one of these risk variants: the melatonin receptor 2 (MT2; MTNR1B). The overall aim was to understand the link between this genetic variation and the functional phenotype.<br/><br>
The initial finding of the risk variant in the MTNR1B gene was associated with increased fasting plasma glucose, impaired early insulin secretion, and increased risk of T2D. Also, risk variant carriers displayed increased mRNA expression of MTNR1B in islets, suggesting a direct inhibitory effect of melatonin on β-cells. <br/><br>
The confirmation and further characterization of melatonin receptor expression in pancreatic islets was completed in study II. Here, we could show that murine pancreatic islets express MT2 in β-cells, whereas melatonin receptor 1 (MT1) is localized in α-cells. <br/><br>
 After an intravenous glucose challenge, glucose elimination was unaltered in MT2 whole body knock out animals. In contrast, insulin secretion was elevated, particularly the first phase of secretion. This could in part be explained by an increased amount of pancreatic islets in these animals. <br/><br>
The two other knock out strains investigated – the MT1 knock out and the double knock out MT1/2 – displayed a more moderate phenotype. Whereas the MT1/2 mouse was very similar to wild type mice in all parameters of glucose homeostasis investigated, MT1 mice displayed a more diabetes-like phenotype, with elevated blood glucose levels after glucose challenge.<br/><br>
Taken together, findings in the MT2 knock out mice supported the model of a gain-of-function mutation in MT2/MTNR1B in humans in T2D. This results in increased expression of the receptor in β-cells, where it exhibits a direct inhibition of insulin release. With this, we have substantiated a possible link between the genetic risk variant and the functional phenotype of MTNR1B.},
  author       = {Nagorny, Cecilia},
  isbn         = {978-91-87189-35-7},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {Melatonin receptor,knock out mice,IVGTT,OGTT,ITT,Hyperinsulinemic clamp,MTNR1B,MT2},
  language     = {eng},
  pages        = {70},
  publisher    = {Unit of Molecular Metabolism, Department of Clinical Sciences, Malmö.},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series},
  title        = {Melatonin receptors in pancreatic islets - Linking a genetic variant to functional phenotype},
  volume       = {2012:72},
  year         = {2012},
}