インスリン分泌プロファイルは、膵島におけるグルタミン酸デヒドロゲナーゼの過剰発現により修正されます

目的/仮説：グルタミン酸デヒドロゲナーゼ（GDH）は、インスリン分泌の制御に重要な役割を果たすミトコンドリア酵素です。ただし、ベータ細胞におけるGDH発現レベルがグルコースに対する分泌反応に対して速度制限であるかどうかは不明です。GDHはまた、グルタミンとグルタミン酸酸化代謝を制御します。これは、GDHがL-ロイシンまたは（+/） - 2-アミノビシクロ - [2,2,1]ヘプタン-2-カルボン酸（+/） - ヘプタン-2-カルボン酸によってアロステリックに活性化されない場合にのみ弱いです。BCH）。 方法：GDH向けのアデノウイルスエンコーディングを構築して、ベータセルラインINS-1Eの酵素を過剰発現し、孤立したラットおよびマウスの膵島で酵素を過剰発現しました。グルコースとグルタミンに対する分泌反応は、静的および灌流実験で研究されました。アミノ酸濃度と代謝パラメーターは並行して測定されました。 結果：ラット膵島のGDH過剰発現は、基底または中間グルコース（それぞれ2.8および8.3 mmol/L）でインスリン放出を変化させませんでしたが、コントロール（+35％）と比較して、高グルコース濃度（16.7 mmol/L）で分泌反応を増強しました。。基底グルコースで5 mmol/Lグルタミンに曝露したコントロール島は、BCHが2.5倍の反応で添加されない限り、インスリン放出を増加させませんでした。GDHグルタミンのみを過剰発現する島では、インスリン分泌（2.7倍）を刺激し、BCHを添加することで2.2倍増強されました。これらの条件下でグルタミンによって誘発された分泌反応は、細胞代謝の強化と相関していました。 結論/解釈：GDHの過剰発現が分泌反応を強化するため、GDHはグルコース誘発性インスリン分泌において速度制限である可能性があります。さらに、GDHの過剰発現により、膵島はグルタミンに反応し、生理学的条件下では、この酵素がアミノ酸が不適切な効率的なセクターゴーグであることを防ぐゲートキーパーとして作用することを示しています。

AIMS/HYPOTHESIS: Glutamate dehydrogenase (GDH) is a mitochondrial enzyme playing a key role in the control of insulin secretion. However, it is not known whether GDH expression levels in beta cells are rate-limiting for the secretory response to glucose. GDH also controls glutamine and glutamate oxidative metabolism, which is only weak in islets if GDH is not allosterically activated by L-leucine or (+/-)-2-aminobicyclo-[2,2,1]heptane-2-carboxylic acid (BCH). METHODS: We constructed an adenovirus encoding for GDH to overexpress the enzyme in the beta-cell line INS-1E, as well as in isolated rat and mouse pancreatic islets. The secretory responses to glucose and glutamine were studied in static and perifusion experiments. Amino acid concentrations and metabolic parameters were measured in parallel. RESULTS: GDH overexpression in rat islets did not change insulin release at basal or intermediate glucose (2.8 and 8.3 mmol/l respectively), but potentiated the secretory response at high glucose concentrations (16.7 mmol/l) compared to controls (+35%). Control islets exposed to 5 mmol/l glutamine at basal glucose did not increase insulin release, unless BCH was added with a resulting 2.5-fold response. In islets overexpressing GDH glutamine alone stimulated insulin secretion (2.7-fold), which was potentiated 2.2-fold by adding BCH. The secretory responses evoked by glutamine under these conditions correlated with enhanced cellular metabolism. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: GDH could be rate-limiting in glucose-induced insulin secretion, as GDH overexpression enhanced secretory responses. Moreover, GDH overexpression made islets responsive to glutamine, indicating that under physiological conditions this enzyme acts as a gatekeeper to prevent amino acids from being inappropriate efficient secretagogues.