Eine neue Studie unter der Leitung von Prof. Dr. Kai Kappert von der Charité – Universitätsmedizin Berlin wirft Licht auf die Rolle entzündlicher Prozesse bei der Entstehung von Insulinresistenz in Muskelzellen. Die Untersuchung, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Cellular Signalling“, untersucht, wie proinflammatorische Zytokine wie TNF, IL-1β und IL-6 die Insulin-Signalkette in murinen Skelettmuskelzellen beeinflussen und welche Rolle Protein-Tyrosin-Phosphatasen (PTPs) dabei spielen.

Entzündungen, ausgelöst durch Infektionen, Verletzungen, oxidativen Stress oder Fettleibigkeit, können die Zellhomöostase stören und Insulinresistenz fördern, ein Schlüsselfaktor für die Entstehung von Typ-2-Diabetes und anderen metabolischen Erkrankungen wie Fettlebererkrankungen oder Muskelschwund im Intensivpflegekontext. Skelettmuskulatur ist ein zentrales insulinempfindliches Gewebe, das den Großteil der insulinvermittelten Glukoseaufnahme übernimmt. Die Studie fokussiert sich auf die Wechselwirkungen zwischen Zytokinen und den Enzymen PTPN1 (PTP1B) und PTPN2 (TCPTP), die als negative Regulatoren der Insulin-Signalkette bekannt sind.

Die Forschenden untersuchten die Auswirkungen von TNF, IL-1β und IL-6 auf die Insulin-Signalkette in C2C12-Myotuben, einer etablierten Zelllinie muriner Skelettmuskelzellen. Dabei analysierten sie die Proteinspiegel und Aktivitäten von PTPN1 und PTPN2 nach Zytokinbehandlung sowie deren Einfluss auf die Insulinwirkung durch pharmakologische Inhibition und siRNA-vermittelten Knockdown. Überraschenderweise zeigte sich, dass die Insulinwirkung trotz Zytokinstimulation weitgehend erhalten blieb. Die Zytokine lösten unterschiedliche Kinetiken und Expressionsmuster von PTPN1 und PTPN2 sowie Insulin-Signalmolekülen aus, ohne die Insulinfunktion wesentlich zu beeinträchtigen.

Die Studie ergab, dass ein Knockdown von PTPN1 keinen signifikanten Einfluss auf die Insulin-Signalkette hatte, während ein Knockdown von PTPN2 die Glukoseaufnahme in den Zellen erhöhte. Dies deutet darauf hin, dass PTPN2 eine spezifischere Rolle bei der Regulation der Insulinwirkung spielt. Eine generelle Inhibition von PTPs durch Natriumorthovanadat bestätigte jedoch, dass PTPs grundsätzlich negative Regulatoren der Insulin-Signalkette sind. Die Ergebnisse zeigen eine komplexe Dynamik zwischen Zytokinen, PTPs und Insulin-Signalwegen, die bei der Entwicklung neuer Therapieansätze für entzündungsbedingte Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes berücksichtigt werden muss.

Die Forschenden betonen, dass die unterschiedlichen Wirkungen der Zytokine und die kompensatorischen Mechanismen bei der PTP-Regulation die Komplexität der Signalwege verdeutlichen. Diese Erkenntnisse könnten helfen, gezieltere Therapien zu entwickeln, die entzündungsbedingte Insulinresistenz und damit verbundene Stoffwechselstörungen besser adressieren. Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit, die molekularen Mechanismen und die zeitliche Dynamik von Entzündungen und Insulinresistenz weiter zu erforschen, um präzisere Ansätze für die Prävention und Behandlung metabolischer Erkrankungen zu entwickeln.

Original Paper:

Pro-inflammatory cytokines as regulators of protein tyrosine phosphatases and insulin signaling in murine skeletal muscle cells – ScienceDirect

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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