Die physiologische Rolle des 2-P-Domänen Kaliumkanals TWIK1 in der Niere und im Pankreas

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Reichold, Markus

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Date of publication of this fulltext: 09 Apr 2008 16:23

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	8 April 2008
Referee:	Richard (Prof. Dr.) Warth
Date of exam:	14 March 2008
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Richard Warth
Keywords:	Kaliumkanal , Niere , Bauchspeicheldrüse , Insulinsekretion , Maus , Physiologie , KCNK1 , SGLT1 , geschlechtsabhängige Expression , Glucoserückresorption , ARF6 , sex-dependent expression , glucose reabsorption
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10726

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Abstract (German)

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Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der physiologischen Rolle des 2-P-Domänen Kaliumkanals TWIK1 in der Niere und im Pankreas der Maus.
In der Niere lag TWIK1 im Bürstensaum und in subapikalen Vesikeln des proximalen Tubulus. Interessanterweise waren Expression und Bürstensaumlokalisation im späten proximalen Tubulus (S3) bei weiblichen Mäusen stärker als bei den Männchen. Eine Behandlung von weiblichen Mäusen mit Testosteron reduzierte TWIK1 im S3-Segment, was auf eine Beteiligung von Androgenen bei der Regulation von TWIK1 hindeutet. Weiterhin konnte in diesem S3-Segment eine weitgehende Kolokalisation von TWIK1 mit dem natriumabhängigen Glucosetransporter SGLT1 beobachtet werden. Dieser zeigte in gleicher Weise wie TWIK1 eine geschlechtsabhängige Expression und Lokalisation. Unserer Hypothese nach dient TWIK1 im spätproximalen Tubulus der Repolarisation der apikalen Membran, wenn diese durch den elektrogenen Transport von Glucose depolarisiert wird. Tatsächlich zeigten TWIK1-/- Mäuse unter Glucosebelastung eine höhere renale Glucoseausscheidung.
Im Pankreas der Maus war TWIK1 überwiegend in den Insulin produzierenden beta-Zellen lokalisiert. Sowohl in vivo als auch in vitro zeigten beta-Zellen von TWIK1-/- Mäusen eine verstärkte Insulinsekretion. Die Befunde von Ca2+-Messungen und Patch-Clamp Experimenten deuten darauf hin, dass TWIK1 in den beta-Zellen der Maus wahrscheinlich keine Funktion als membranständiger Kaliumkanal ausübt. Auch die hauptsächlich intrazelluläre Lokalisation von TWIK1 unterstreicht diese These. Bislang ist noch unklar, wie genau TWIK1 die Insulinsekretion beeinflusst. Allerdings wird vermutet, dass dabei die Interaktion von TWIK1 mit dem kleinen G-Protein ARF6 eine zentrale Rolle einnimmt. In Immunfluoreszenz-Experimenten wurde von uns eine Kolokalisation von TWIK1 mit ARF6 in beta-Zellen des Pankreas beobachtet. Es ist denkbar, dass eine veränderte Interaktion zwischen dem TWIK1 knockout Protein und ARF6 zu der verstärkten Insulinfreisetzung bei TWIK1-/- Mäusen führt.

Translation of the abstract (English)

The aim of this thesis was to investigate the physiological role of the 2-P-domain potassium channel TWIK1 in the kidney and the pancreas of mice.
In the kidney, TWIK1 was localized in the brushborder and in subapical vesicles of the proximal tubule. Interestingly, expression and localization in the brushborder membrane of late proximal tubule (S3) were much stronger in female mice compared to males. Testosterone treatment of female mice led to reduced TWIK1 levels in the S3 segment suggesting a role of androgens in the regulation of TWIK1. In this nephron segment, TWIK1 colocalized with the sodium-dependent glucose transporter SGLT1. Similar to TWIK1, SGLT1 also showed sex-dependent expression and localization. We hypothesize that TWIK1 plays a role for the repolarization of the membrane voltage after depolarization of the luminal membrane by electrogenic transport systems, e.g. by Na+-coupled glucose transport. By this mechanism, TWIK1 would stabilize the driving force for voltage-dependent electrogenic substrate transport. In fact, TWIK1-/- mice exhibited a reduced maximal transport capacity for glucose.
In murine pancreas, TWIK1 was predominantly localized in insulin producing beta-cells. beta-cells of TWIK1-/- mice exhibited increased insulin secretion in vivo and in vitro. Ca2+-measurements and patch-clamp experiments suggest that presumably TWIK1 does not act as a potassium channel in the plasma membrane of beta-cells. This is in accordance with the mainly intracellular localization of TWIK1. It is not yet known how the TWIK1 gene disruption leads to increased insulin release. The interaction of TWIK1 with the small G-protein ARF6, a known regulator of insulin secretion, might be responsible for this phenomenon. In immunofluorescence experiments we observed a colocalization of TWIK1 and ARF6 in beta-cells. It is conceivable that a modified interaction of the truncated TWIK1 knockout protein and ARF6 leads to the increased insulin release of TWIK1-/- mice.

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