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Leptin reguliert die Sättigungszentren in den Kerngebieten des Hypothalamus. Zusätzlich hemmt es die Insulinsekretion der Beta-Zelle des endokrinen Pankreas. Umgekehrt fördert Insulin die Leptinsekretion des Fettgewebes. Dieser Regelkreis wird als adipoinsuläre Achse beschrieben. Fehlregulationen dieses Regelkreises werden bei übergewichtigen Patienten mit Leptinresistenz als Mechanismus bei der Ausbildung eines Diabetes mellitus Typ 2 diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Leptin auf die Beta-Zelle des endokrinen Pankreas untersucht. Ziel dieser Arbeit war die Identifikation neuer Leptin regulierter Gene. Dafür wurde unter anderem die Insulinom-Zelllinie INS-1 verwandt. In den vorliegenden Untersuchungen hemmte Leptin die mRNA-Expression von Insulin und dem Transkriptionsfaktor NeuoD1 in INS-1 Zellen. Darüber hinaus hemmte Leptin die mRNA- und Proteinexpression von Secretogranin II (Scg II) in INS-1 Zellen. Scg II wurde mit immunzytochemischen Färbungen in den Vesikeln von INS-1 Zellen nachgewiesen. Leptin hemmte des Weiteren die mRNA- und Proteinexpression sowie die Enzymaktivität der katalytischen Untereinheit der Protein Phosphatase 1 alpha (PP-1alpha) in INS-1 Zellen. In humanen Pankreasinseln wurde eine Kolokalisation von PP-1alpha und Insulin nachgewiesen. Eine Hemmung von PP-1alpha durch Calyculin A (Cal A) führte zu einer Reduktion der Insulinsekretion von INS-1 Zellen und humanen Pankreasinseln, sowie zu einer Reduktion des Kalzium-Influxes in INS-1 Beta-Zellen. Anhand dieser Ergebnisse könnte die hemmende Wirkung von Leptin auf die Insulinsekretion durch eine Regulation von PP-1alpha erklärt werden. Dabei führt die Inhibition von PP-1alpha zu einer Hemmung der Kalzium Kanäle, die wiederum eine Reduktion der Insulinsekretion bewirkt. In dieser Arbeit wurden neue Leptin regulierte Gene in INS-1 Beta-Zellen identifiziert und charakterisiert. Diese Ergebnisse zeigen neue Einblicke in die Regulation der Insulinsekretion. Darüber hinaus ergeben sich für die Zukunft mögliche Ansatzpunkte bei der Therapie des Diabetes mellitus Typ 2.
The melanocortin 4 receptor (MC4R) is a key player in hypothalamic weight regulation and energy expenditure as part of the leptin–melanocortin pathway. Mutations in this G protein coupled receptor (GPCR) are the most common cause for monogenetic obesity, which appears to be mediated by changes in the anorectic action of MC4R via G\(_S\)-dependent cyclic adenosine-monophosphate (cAMP) signaling as well as other signaling pathways. To study potential bias in the effects of MC4R mutations between the different signaling pathways, we investigated three major MC4R mutations: a G\(_S\) loss-of-function (S127L) and a G\(_S\) gain-of-function mutant (H158R), as well as the most common European single nucleotide polymorphism (V103I). We tested signaling of all four major G protein families plus extracellular regulated kinase (ERK) phosphorylation and β-arrestin2 recruitment, using the two endogenous agonists, α- and β-melanocyte stimulating hormone (MSH), along with a synthetic peptide agonist (NDP-α-MSH). The S127L mutation led to a full loss-of-function in all investigated pathways, whereas V103I and H158R were clearly biased towards the G\(_{q/11}\) pathway when challenged with the endogenous ligands. These results show that MC4R mutations can cause vastly different changes in the various MC4R signaling pathways and highlight the importance of a comprehensive characterization of receptor mutations.