Faglig rapport 2005 - Helse Vest

Forskerutdanning - dr.grad 911167:Glucokinase - the glucose sensorProsjektansvarlig: Janne Molnes (janne.molnes@pedi.uib.no), Universitetet i BergenGlucokinase – glukosesensoren i bukspyttkjertelens betacellerDoktorgradsavhandlingen omhandler studier på enzymet glucokinase som blant annetfinnes uttrykt i de insulinproduserende betacellene i bukspyttkjertelen. Prosjektet kanbidra til å kaste nytt lys over de molekylære mekanismene for hvordan diabetes utvikles.Glukokinase (GK) funksjonerer som en sensor i betacellene ved å stimulere utskillelse av insulin somrespons på forhøyede nivåer av glukose i blodet. MODY2 er en arvelig, ikke-insulinavhengig form fordiabetes med lett forhøyet blodsukker. Denne tilstanden er assosiert med redusert aktivitet av GK, ogskyldes en enkelt genfeil i GK. I studier utført av MODY-forskningsgruppen i Bergen (Njølstad et al., N.Engl. J. Med., 2001; Njølstad et al.,Diabetes, 2003) er det vist at dobbeltmutasjoner i dette genet kangi fullstendig tap av enzymaktivitet og forårsake en alvorlig form for nyfødtdiabetes. Den motsattesituasjonen eksisterer også, hvor enkeltmutasjoner i GK resulterer i økt enzymaktivitet, og deravkronisk økt utskillelse av insulin, noe som leder til vedvarende for lavt blodsukker (hypoglykemi). Detfinnes altså et spekter av sykdommer assosiert med ulike mutasjoner i GK, noe som understrekerdette enzymets avgjørende rolle i glukosebalansen. GK er et attraktivt mål for farmakologisk kontrollav glukose-stoffskiftet. Nylig ble det oppdaget en klasse syntetiske molekyler som har evnen til å økeaktiviteten til enzymet, og disse GK-aktivatorene har en potensiell nytteverdi i behandlingen av type 2diabetes.Den tredimensjonale struktur av humant GK er nylig blitt kjent og er et viktig utgangspunkt for detaktuelle prosjekt. Strukturen er et verktøy for å studere sammenhengen mellom struktur og funksjonav GK spesielt i relasjon til MODY2, nyfødt diabetes og hypoglykemi. Den normale formen av enzymet,samt utvalgte sykdomsrelaterte mutasjoner studeres og deres strukturelle og enzymologiskeegenskaper karakteriseres. Resultatene forventes å bidra til en dypere forståelse av den molekylæremekanisme for den svekkede funksjonen av enkelte mutante former av enzymet.En sentral problemstilling er å forstå hvorledes binding av glukose til GK initierer en omfattendeendring i enzymets struktur (konformasjon) fra en inaktiv til en aktiv form. Dette er en langsomprosess, og kan således studeres i sann tid ved hjelp av ulike biofysiske metoder. Sentralt i prosjektetfram til i dag har vært å evaluere intrinsic tryptophan fluorescence spektroskopi som en slik metode,og resultater så langt har tydelig vist at dette er en svært velegnet og verdifull metode for slikestudier. Vi har undersøkt effekt av substratbinding til det normale enzymet og nå står en rekkemutante former av enzymet for tur. Slike konformasjonsstudier av villtype enzymet samt utvalgtemutante former vil bidra til økt forståelse av den molekylære sykdomsmekanisme.2 forskningspublikasjoner (inkl. abstracts) er publisert i 2005:Bjørkhaug L, Molnes J, Søvik O, Njølstad PR, Flatmark T."Ubiquitination of the pancreatic glucose sensor glucokinase"Abstrakt. Norsk Biokjemisk Selskaps 42. kontaktmøte, Storefjell 19. - 22. januar 2006.Molnes J, Bjørkhaug L, Molven A, Søvik O, Njølstad PR, Flatmark T."Substrate-induced conformational states and transitions in human pancreatic glucokinase. Relation to the kinetic cooperativityof this monomeric enzyme."Abstrakt. Norsk Biokjemisk Selskaps 42. kontaktmøte, Storefjell 19. - 22. januar 2006.291