Glucose-dependent increase in mitochondrial membrane potential, but not cytoplasmic calcium, correlates with insulin secretion in single islet cells

2006 ◽  
Vol 290 (1) ◽  
pp. E143-E148 ◽  
Author(s):  
Emma Heart ◽  
Richard F. Corkey ◽  
Jacob D. Wikstrom ◽  
Orian S. Shirihai ◽  
Barbara E. Corkey

We examined the effects of different physiological concentrations of glucose on cytoplasmic Ca2+ handling and mitochondrial membrane potential (Δψm) and insulin secretion in single mouse islet cells. The threshold for both glucose-induced changes in Ca2+ and Δψm ranged from 6 to 8 mM. Glucose step-jumps resulted in sinusoidal oscillations of cytoplasmic Ca2+, whereas Δψm reached sustained plateaus with oscillations interposed on the top of these plateaus. The amplitude of the Ca2+ rise (height of the peak) did not vary with glucose concentration, suggesting a “digital” rather than “analog” character of this aspect of the oscillatory Ca2+ response. The average glucose-dependent elevation of cytoplasmic Ca2+ concentration during glucose stimulation reached saturation at 8 mM stimulatory glucose, whereas Δψm showed a linear glucose dose-response relationship over the range of stimulatory glucose concentrations (4–16 mM). Glucose-dependent increases in insulin secretion correlated well with Δψm, but not with average Ca2+ concentration. These data show that an ATP-dependent K+ channel-independent pathway is operative at the single cell level and suggest mitochondrial metabolism may be a determining factor in explaining graded, glucose concentration-dependent increases in insulin secretion.

2004 ◽  
Vol 287 (6) ◽  
pp. E1090-E1099 ◽  
Author(s):  
S. M. Katzman ◽  
M. A. Messerli ◽  
D. T. Barry ◽  
A. Grossman ◽  
T. Harel ◽  
...  

The cells within the intact islet of Langerhans function as a metabolic syncytium, secreting insulin in a coordinated and oscillatory manner in response to external fuel. With increased glucose, the oscillatory amplitude is enhanced, leading to the hypothesis that cells within the islet are secreting with greater synchronization. Consequently, non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM; type 2 diabetes)-induced irregularities in insulin secretion oscillations may be attributed to decreased intercellular coordination. The purpose of the present study was to determine whether the degree of metabolic coordination within the intact islet was enhanced by increased glucose and compromised by NIDDM. Experiments were performed with isolated islets from normal and diabetic Psammomys obesus. Using confocal microscopy and the mitochondrial potentiometric dye rhodamine 123, we measured mitochondrial membrane potential oscillations in individual cells within intact islets. When mitochondrial membrane potential was averaged from all the cells in a single islet, the resultant waveform demonstrated clear sinusoidal oscillations. Cells within islets were heterogeneous in terms of cellular synchronicity (similarity in phase and period), sinusoidal regularity, and frequency of oscillation. Cells within normal islets oscillated with greater synchronicity compared with cells within diabetic islets. The range of oscillatory frequencies was unchanged by glucose or diabetes. Cells within diabetic (but not normal) islets increased oscillatory regularity in response to glucose. These data support the hypothesis that glucose enhances metabolic coupling in normal islets and that the dampening of oscillatory insulin secretion in NIDDM may result from disrupted metabolic coupling.


Author(s):  
А.А. Соколовская ◽  
Э.Д. Вирюс ◽  
В.В. Александрин ◽  
А.С. Роткина ◽  
К.А. Никифорова ◽  
...  

Цель исследования. Ишемические повреждения головного мозга, являются одной из наиболее частой причин инвалидности и смертности во всем мире. Недавно была установлена роль апоптоза тромбоцитов в патофизиологии инсульта, однако его механизмы до сих пор остаются невыясненными. Несмотря на различные экспериментальные модели, направленные на мониторинг апоптоза тромбоцитов, результаты, относительно изучения и выявления апоптоза тромбоцитов при ишемии головного мозга у крыс, весьма немногочисленны. Цель исследования - анализ апоптоза тромбоцитов с помощью метода проточной цитофлуориметрии на модели глобальной ишемии мозга у крыс. Методика. В экспериментах использовано 6 крыс-самцов Вистар в возрасте от 5 до 6 мес., разделенных на 2 группы: интактный контроль (К) и глобальная ишемия головного мозга. Модель глобальной ишемии головного мозга у крыс воспроизводилась путём билатеральной окклюзии общих сонных артерий на фоне гипотензии. Уровень системного артериального давления снижали посредством кровопотери до 40-45 мм рт. ст. Суспензию тромбоцитов крыс получали методом гельфильтрации с использованием сефарозы 2B. Для анализа экстернализации фосфатидилсерина (ФС) тромбоциты крыс инкубировали с Аннексином V-PE в связывающем буфере. Для оценки митохондриального мембранного потенциала (ММП) тромбоциты инкубировали с катионным красителем JC-1. После инкубации образцы немедленно анализировали на проточном цитофлуориметре FACSCalibur (Becton Dickinson, США). Результаты. Согласно полученным данным, экстернализация ФС на тромбоцитах крыс, перенесших инсульт, была значительно выше (53,45 ± 4,21%), чем в контрольной группе крыс (5,27 ± 2,40%). Данный эффект подтверждается выраженной деполяризацией митохондриальных мембран (DYm). После экспериментальной ишемии мозга почти 40% тромбоцитов было деполяризовано. Заключение. Использованный в работе подбор методов и маркеров обеспечивает понимание механизмов апоптоза тромбоцитов как в экспериментальных, так и в клинических условиях. Полученные данные позволяют сделать заключение, что апоптоз тромбоцитов является одним из факторов развития глобальной ишемии головного мозга у крыс. Результаты могут быть использованы для понимания механизмов, участвующих в развитии ишемического повреждения, что, в свою очередь, может быть использовано при разработке новых терапевтических стратегий. Aim. Stroke is one of the most common causes of disability and mortality worldwide. Multiple experimental models of stroke have focused on monitoring of platelet apoptosis. However, studies on and detection of platelet apoptosis in rats with ischemic stroke are very scarce. We investigated platelet apoptosis in rats with global brain ischemia using flow cytometry. Methods. Experiments were carried out on healthy, adult Wistar male rats weighing 300-350 g. The rats were divided into the following 2 groups: intact rats and rats with global brain ischemia. Global brain ischemia was induced by two-vessel (2-VO) carotid occlusion in combination with hypotension. Systemic blood pressure was reduced by 40-45 mm Hg by inducing haemorrhage. Platelets were isolated by gel filtration on Sepharose 2B. For evaluation of phosphatidylserine (PS) externalization, platelets were incubated with Annexin V-PE and analyzed on FACSCalibur (BD Biosciences). Mitochondrial membrane potential (DY) was measured during platelets apoptosis using JC-1, a mitochondrial membrane potential indicator. Platelets were analyzed by flow cytometry immediately after the incubation. Results. PS externalization on platelets was significantly greater after global brain ischemia (53.45 ± 4.21%) than in the control group (5.27 ± 2.40%). Pronounced depolarization of mitochondrial membrane potential (DYm) confirmed this finding. In the rat group with experimental brain ischemia, almost 40% (35.24 ± 5.21%) of platelets were depolarized. Conclusion. Our results provide insight into mechanisms involved in platelet apoptosis during ischemic stroke and can be used in further development of new therapeutic strategies.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document