정상 백서 췌장소도세포에서 guanine nucleotide 결합단백질의 세포내 위치와 인지질분해산물에 의한 조절

Abstract

Guanine nucleotide 결합 단백질(이하 G단백질)은 내분비 세포의 신호 전달 체계에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. Epinephrine에 의한 인슐린 분비의 억제가 백일해 독소(pertussis toxin)의 전처치로써 회복되고 단백질의 분류와 분비과립을 비롯한 세포내 수포(vesicle)의 이동에 관여한다고 알려진 저분자량 G단백질이 인슐린 분비세포주인 HIT 세포에 존재함이 밝혀져 췌장소도세포의 인슐린 분비에도 이러한 G단백질이 중요한 역할을 할 것으로 추측되었다. 또한 포도당은 수용체보다는 용해성 매개물(soluble mediator)을 통하여 인슐린을 분비시키며, 용해성 매개물질의 일종인 인지질 분해산물들이 뇌세포나 호중구에서 G단백질 활성의 조절에 관여되는 것으로 보아 췌장소도세포에서도 이들이 G단백질 활성의 조절에 관여될 수 있을 것이다. 본 연구는 인슐린의 세포의 분리(exocytosis)에 대한 G단백질과 인지질분해 산물의 역할을 규명하고자 정상췌장소도세포에서 G단백질의 위치와 G단백질의 활성에 미치는 인지질분해효소 phospholipase A_2와 phospholipase D 생산물들의 영향을 관찰하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 분자량 20~28KDa의 저분자량 G단백질은 백서 췌장소도세포에서 분비과립, 세포막, 세포질의 순으로 많이 분포 되어 있었으며, 세포의 분비에 작용한다고 알려진 rab3A와 CDC42HS가 분비과립에서 확인되었고, 사람 췌장소도세포에서는 분비과립과 세포막을 포함한 침전물분획에 네종류 있었다. 2. 분자량 39KDa의 전형적인 백일해 독소 과민형 heterotrimeric G단백질이 백서 췌장소도세포의 세포막과 분비과립에 있었다. 3. Arachidonic acid와 lysophospholipids(lysophosphatidylcholine 혹은 lysophosphatidylinositol)은 모든 세포분획의 guanosine triphosphatase(GTPase)활성을 억제하였으며, phosphatidic acid는 세포질과 세포막의 GTPase를 억제하였다. 4. Arachidonic acid, lysophosphatidylcholine, phosphatidic acid는 guanosine triphosphate(GTP)결합과 guanosine diphosphate/GTP 교환 정도를 의미있게 증가시켰다. 이상의 결과를 통하여 정상췌장소도세포에서 G단백질이 분비과립과 세포막에 풍부하게 분포하고 인지질분해산물이 G단백질의 활성을 조절하는 것으로 보아 G단백질과 인지질분해산물이 인슐린의 세포의 분비에 관계됨을 알 수 있었다. ; The growing body of experimental evidence implicates a regulatory roles of G-proteins in stimulus-secretion coupling in endocrine cells including pancreatic beta cells. Low molecular weight G-proteins which are related to protein sorting and intracellular transport of intracellular vesicles such as secretory granules were found in insulin secreting cell lines and adrenergic inhibition of glucose induced insulin secretion was reversed by pertussis toxin. These findings suggest possible presence of G-proteins in pancreatic islets and their involvement on insulin secretory process. Physiologic secretagogues of insulin, such as glucose do not work via receptor dependent mechanism, but rather via generation of soluble mediators. One group of such mediators are phospholipid hydrolytic products. Such lipids regulate the function of G-proteins in several cells. In this study, the author investigated the subcellular localization and regulation of G-proteins by phospholipid hydrolytic products in normal rat pancreatic islets to elucidate the roles of G-proteins and phospholipid hydrolytic products on exocytosis of insulin. The results were as follows, 1. In normal rat pancreatic islets, small molecular weight G-proteins with Mr 20~28KDa were present as following order of enrichment, secretory granule, plasma membrane, cytosol and rab3A and CDC42HS were confirmed in secretory granule. In human pancreatic islets, 4 small molecular weight G-proteins were present in particulate fraction. 2. The typical pertussis toxin sensitive heterotrimeric G-proteins with Mr 39KDa was present in secretory granule and plasma membrane of normal rat pancreatic islets. 3. Arachidonic acid and lysophospholipids(lysophosphatidylcholine or lysophosphatidylinositol) inhibited GTPase activity in all of the subcellular fractions of normal rat panceatic islets, but phosphatidic acid inhibited GTPase activity in plasma membrane and cytosol. 4. Arachidonic acid, lysophosphatidylcholine and phosphatidic acid increased the GTP binding and GDP/GTP exchange activity in normal rat pancreatic islets. The localization of low molecular weight as well as heterotrimeric G-proteins in secretory granule and plasma membrane and regulation of such proteins by phospholipids hydroytic products implicate possible involvement of G-proteins and phospholipids hydrolytic products on exocytosis of insulin in normal pancreatic islets.