title: Regulation of TRPM3 activity by α2-adrenoreceptors in pancreatic β cells
title: Regulation von TRPM3 durch α2-Adrenorezeptoren in pankreatischen β-Zellen
Creators: name: Mohr, Florian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Medizin, Gesundheit
Bauchspeicheldrüse
α2-adrenoreceptor
TRPM3
β cells
β-Zellen
α2-Adrenorezeptor

description: TRPM3 ist ein Ca2+-permeabler,
      nichtselektiver Kationenkanal der TRP-Familie, der durch das
      endogene Neurosteroid Pregnenolonsulfat aktiviert werden
      kann. Eine funktionelle Expression des Kanals konnte unter
      anderem in pankreatischen β-Zellen nachgewiesen werden. Eine
      Aktivierung von TRPM3 in β-Zellen führt zu einem Einstrom von
      Ca2+ und zu einer Verstärkung der Glucose-induzierten
      Insulinfreisetzung. Die genaue Funktion des Kanals im Kontext
      der β-Zellen ist jedoch noch nicht vollständig verstanden.
      Die Insulinfreisetzung in β-Zellen unterliegt einer äußerst
      strikten und vielseitigen Regulation und wird präzise den
      physiologischen Begebenheiten angepasst. Viele dieser
      Modulationen werden hierbei über G-Protein gekoppelte
      Rezeptoren (GPCR) vermittelt. Da für viele TRP-Kanäle bekannt
      ist, dass sie durch GPCR moduliert werden und die
      überwiegende Mehrheit der an der Insulinfreisetzung
      beteiligten Ionenkanäle durch GPCR auf die eine oder andere
      Art moduliert werden, stellte sich die Frage, ob auch TRPM3
      in β-Zellen einer solchen Regulation unterliegt. Es zeigte
      sich, dass die Aktivität von TRPM3 in β-Zellen und Ins1
      Zellen (Insulinoma Zelllinie der Ratte) durch Noradrenalin
      stark und reversibel inhibiert wird. Durch pharmakologische
      Experimente konnte nachgewiesen werden, dass die Hemmung
      dabei über α2-Adrenorezeptoren vermittelt wird. Eine genauere
      Betrachtung des zugrundeliegenden Signalwegs offenbarte, dass
      die TRPM3-Hemmung durch einen Gαi/o-gekoppelten Mechanismus
      induziert wird. Eine Beteiligung des „klassischen“,
      cAMP-abhängigen Signalwegs konnte ausgeschlossen werden. In
      Überexpressions-experimenten zeigte sich weiterhin, dass
      aktivierte Gαi/o-Untereinheiten nicht an der direkten
      Vermittlung der Inhibition beteiligt sind. Eine
      Überexpression von βγ-Untereinheiten hingegen führte zu einer
      drastischen Verminderung der TRPM3-Aktivität. Jedoch konnten
      nicht alle βγ-Kombinationen die TRPM3-Hemmung induzieren.
      Lediglich β1 und β2, in Kombination mit einer γ-Untereinheit,
      waren in der Lage, die TRPM3-Aktivität zu inhibieren. Ebenso
      konnte in Ins1 Zellen, die mit mSIRK (einem membrangängigen
      Peptid, das eine Freisetzung von βγ-Untereinheiten induziert)
      behandelt wurden, eine Reduktion der TRPM3-Aktivität
      beobachtet werden. Weiterhin konnte durch Abfangen von
      βγ-Untereinheiten (mittels myr-Phosducin oder myr-βARKct
      (Polypeptide, die βγ-Untereinheiten direkt binden)) die
      Noradrenalin vermittelte TRPM3-Hemmung deutlich abgeschwächt
      werden. Eine Beteiligung der PLC, der PKC, der PLA2 und
      löslichen, cytosolischen Faktoren am Signalweg, der zur
      TRPM3-Hemmung führt, konnte hingegen weitgehend
      ausgeschlossen werden. Somit besteht die Möglichkeit, dass
      die Noradrenalin-induzierte Hemmung der TRPM3-Kanäle auf eine
      direkte Interaktion der βγ-Untereinheiten mit TRPM3
      zurückzuführen ist. Es zeigte sich, dass nicht alle
      TRPM3-Spleißvarianten sensitiv für die durch
      α2-Adrenorezeptor vermittelte Inhibition sind bzw. nicht alle
      eine verminderte Aktivität nach Überexpression von
      βγ-Untereinheiten aufweisen. Dafür verantwortlich scheint
      eine 10 Aminosäure lange Sequenz zu sein, die durch Exon 17
      kodiert wird und in den insensitiven Spleißvarianten (TRPM3α4
      und TRPM3α5) nicht vorhanden ist. Die vorliegende Arbeit
      zeigt deutlich, dass TRPM3 in β-Zellen einer starken
      Regulierung durch α2-Adrenorezeptoren unterliegt. Dies deutet
      darauf hin, dass TRPM3 möglicherweise eine essentielle
      Funktion in β-Zellen besitzt, die einer ausgeprägten
      sympathischen Regulation bedarf. Die gewonnenen Erkenntnisse
      tragen somit zu einem besseren Verständnis der TRPM3-Kanäle
      im Kontext der β-Zellen bei. Die Entdeckung, dass TRPM3 durch
      Gαi/o-gekoppelte GPCR moduliert werden kann, stellt ebenso
      eine wichtige Grundlage für nachfolgende Untersuchungen
      bezüglich der Rolle, Funktion und Regulation von TRPM3 in
      anderen Geweben dar.
description: TRPM3 is a Ca2+ permeable
      nonselective cation channel of the transient receptor
      potential melastatin channel family. The channel is expressed
      in pancreatic β cells and can be activated by the endogenous
      neurosteroid pregnenolone sulphate. The activation of TRPM3
      in pancreatic β cells leads to calcium influx followed by an
      enhanced glucose-stimulated insulin release. However, the
      physiological functions of TRPM3 in pancreatic β cells are
      not well understood so far. Insulin release in β cells is
      subject to strong and diverse regulation and can be adapted
      to different physiological conditions. Many of these
      regulations are mediated by G-protein coupled receptors
      (GPCR). It is well known that various TRP channels and most
      of the ion channels in β cells are regulated by GPCR. The
      question arose whether TRPM3 activity in β cells is also
      subject to such a regulation or modulation. Indeed, in
      primary pancreatic β cells and rat insulinoma cells (Ins1)
      noradrenaline strongly and reversibly inhibits the TRPM3
      activity and pharmacological experiments revealed that the
      inhibition is mediated via α2-adrenoreceptors. Intrigued by
      this effect we decided to take a closer look at the
      intracellular signaling cascades that mediates the TRPM3
      inhibition in pancreatic β cells. Experiments with pertussis
      toxin (PTX), an inhibitor of Gi/o-proteins, revealed that the
      mechanism is Gi/o-protein coupled. However, we could rule out
      a classical regulation by alteration of intracellular cAMP
      levels. Also a direct interaction of Gαi/o subunits with the
      channel could be excluded through overexpression experiments.
      By contrast, overexpression of βγ-subunits leads to a strong
      inhibition of the TRPM3 activity. But only β1 or β2
      co-expressed with a γ-subunit were able to strongly inhibit
      the channel. Furthermore Ins1 cells treated with mSIRK (a
      membrane permeable peptide that induces a release of
      βγ-subunits) showed a strong reduction of the TRPM3 activity.
      Additional experiments with βγ-scavenging peptides
      (myr-phosducin or myr-βARKct) also led to a reduction of the
      inhibitory noradrenaline effect. A participation of PLC, PKC,
      PLA2 and soluble cytosolic factors in the signaling pathway
      that induces the inhibition of TRPM3 could be largely
      excluded in further experiments, indicating that βγ-subunits
      could perhaps directly induce the inhibition of the channel.
      It turned out that not all TRPM3 splice variants show a
      α2-adrenoreceptor mediated inhibition or decrease of activity
      after overexpression of βγ-subunits. It seems that a sequence
      of 10 amino acids (coded by exon 17) is required for the
      channel inhibition, since splice variants without this
      sequence (TRPM3α4 and TRPM3α5) were insensitive to
      α2-adrenoreceptor mediated inhibition and overexpression of
      βγ-subunits and showed no reduction of the channel activity.
      This study clearly shows that TRPM3 is strongly regulated by
      α2-adrenoreceptors in β cells. Indicating that TRPM3 may play
      an important part in pancreatic β cells which necessitates
      strict sympathetic regulation. The results obtained in this
      study contribute to a better understanding of the function of
      TRPM3 in β cells. Furthermore, the discovery that TRPM3 can
      be modulated via Gαi/o-coupled GPCR provides a basis for
      further investigation of the role, function and regulation of
      TRPM3 in other tissues.