췌장 베타세포에서 카나비노이드 수용체의 역할

Abstract

[한글]

인슐린은 췌장의 베타세포에서 분비되는 호르몬으로 혈중 포도당의 항상성 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 비정상적인 조절은 당뇨병의 발생과 밀접한 관련이 있다. 인슐린은 또한 지방세포에서 지질합성에도 관여할 뿐 아니라 뇌에서 포만감을 유발하여 섭식행동을 감소시키는 등 체중변화에도 중요한 역할을 한다. 카나비노이드 수용체는 에너지대사, 음식물 섭취와 지질 및 당대사 조절에 중요한 역할을 한다. 카나비노이드 수용체(cannabinoid receptors, CB)는 G 단백 결합수용체(G-protein coupled receptor: GPCR)로서 G 단백 억제제, PTX에 의해서 그 효과가 억제된다. CB1 수용체는 주로 신경세포에 많이 발현되어 있고 CB2 수용체는 면역세포에 많이 발현되어 있으며, 두 아형 모두 신경과 분비세포에서 Ca2+ 통로 조절자로서 중요하다. 에너지 대사조절이 중요함에 비해 췌장과 카나비노이드 수용체와의 관계는 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 췌장 베타세포에서 카나비노이드 수용체의 조절을 패치 클램프(patch clamp)와 형광 이미지 장치(fluorescence imaging system)를 사용하여 확인하고자 하였다. 카나비노이드 수용체의 효현제인 WIN 55.212-2은 췌장 베타세포에서 탈분극 자극으로 증가된 세포내 Ca2+을 감소시켰다. 탈분극 자극에 의해서 증가된 세포 내 Ca2+은 선택적 CB1 수용체 효현제인 ACEA(100 nM)에 의해서는 크게 변화가 없었으며, 선택적 CB2 수용체 효현제인 JWH015(100 nM)는 탈분극 자극에 의해서 증가된 세포 내 Ca2+을 현저히 감소시키는 것을 관찰할 수 있었다. WIN55.212-2(100 nM) 처리시 탈분극 자극에 의한 증가된 세포 내 Ca2+ 농도 증가의 감소가 CB2 수용체 억제제 AM630(1 μM) 전처치에 의해서 거의 대부분 차단되었다. WIN55.212-2에 의해서 Ca2+ 전류가 억제되었으며, WIN55.212-2에 의한 억제는 매우 낮은 농도에서 이루어지고 약물 제거 후 완전히 회복되었다. 그리고 -10 mV의 탈분극 자극으로 발생한 Ca2+ 전류는 L-type Ca2+ 통로 억제제인 nimodipine(10 μM)에 의해서 대부분 억제됨을 관찰할 수 있었다. 또한 실시간 역전사 연쇄중합반응 분석으로 islet에서 CB1, CB2 수용체 모두 발현되어 있음을 확인하였다.결론적으로 islet에는 CB 수용체 1, 2가 모두 발현되어 있으나, 베타세포에서 기능적으로 세포내 Ca2+ 조절에는 CB2 수용체가 관여함을 확인하였다. 베타세포에서 카나비노이드 수용체 효현제인 WIN55.212-2에 의해서 탈분극 자극으로 증가된 세포 내 Ca2+ 이온의 농도가 감소되었고, Ca2+ 전류 또한 감소되었다. 본 실험을 통해 발견된 특성들은 췌장 베타세포에서 카나비노이드계의 조절기전을 연구하는데 중요한 기초 자료가 될 것으로 생각된다.

[영문]Insulin is the main hormone involved in blood glucose homeostasis. It is regulated by many factors, including nutrients, hormone, and neurotransmitters. Its impaired secretion generates the widespread pathology, diabetes mellitus. Also, insulin plays an important role in lipogenesis and weight gain, and a decrease in feeding action. The cannabinoid system contributes to the regulation of energy balance, food intake and lipid and glucose metabolism. Cannabinoid receptors are G-protein coupled receptors(GPCR) and their effects are sensitive to the G-protein blocker, pertussis toxin(PTX). CB1 receptors are associated predominantly with neurons and CB2 receptors are distributed among immune cells. Both receptors are potent regulators of calcium channels in neurons and secretory cells. Despite the importance of energy balance, the relation between endocrine pancreas and cannabinoid receptor has not been clearly described yet. In this study we examined the potential role of cannabinoid receptor in rat pancreatic β-cells using imaging techniques and conventional patch clamp technique. Cannabinoid receptor agonist WIN55.212-2 inhibited the depolarization-induced [Ca2+]i increase. JWH015(100 nM), a selective CB2 receptor agonist, greatly inhibited the depolarization-induced [Ca2+]i increase, whereas ACEA(100 nM), a selective CB1 receptor agonist, had no effect under the same condition. In addition, the attenuation of [Ca2+]i increase by WIN55.212-2 was completely abolished in the presence of CB2 receptor antagonist, AM630(1 μM). Cannabinoid receptor agonist WIN55.212-2(1 μM) inhibited high voltage-sensitive Ca2+ currents. The inhibition is potent, being half-maximal at less than 10 nM, and reversible. High voltage-sensitive Ca2+ currents are completely blocked by L-type Ca2+ channel blocker nimodipine(10 μM). We also measured both the mRNA levels of CB1 and CB2 receptor using real-time RT-PCR in endocrine pancreas.Taken together, we suggest that CB1 and CB2 receptors are expressed in rat pancreas islet. But, CB2 receptors are regulators of rat pancreatic β-cell. WIN55.212-2 inhibited the depolarization-induced [Ca2+]i increase and high voltage-sensitive Ca2+ currents. This may play an important roles of cannabinoid receptors in rat pancreatic β-cell.