Universität zu Köln

Schütte, Fabian (2012). Characterization of insulin receptor and insulin like growth factor 1 receptor deficient mice. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Diabetes mellitus type 2 (T2DM) is a serious and frequent disease, characterized by deregulation of glucose metabolism as a consequence of dysfunction of the insulin signaling system. The relevance of the IGF1 receptor (IGF1R) in compensating functions of the structurally closely related insulin receptor (IR) was subject to several studies but has not been clarified so far. To investigate a possible redundant function of both receptors two strategies were pursued to obtain the simultaneous RNAi-mediated knockdown (KD) of both receptors in transgenic mice. The first strategy based on the generation of a ES cell line bearing two alleles prepared for recombinase mediated cassette exchange (RMCE) in the loci of Rosa 26 (R26) and Collagen, type I, α1 (Col1a1) facilitating the integration of two shRNA expression cassettes. The Functionality of double RMCE was demonstrated, although expression properties of the Collagen locus did not meet our requirements. As a second strategy two shRNA expression units allowing tet-repressor (tetR)-mediated temporal control of RNAi, were combined in a tandem construct, integrated into the Rosa26 locus of ES cells using RMCE technologie. Transgenic mice harbouring this tandem construct displayed temporal controllable RNAi, reducing IR expression to 15-25% and IGF1R expression to 20-45%. Simultaneous whole body silencing of both receptors did not cause an enhanced middle-term diabetic phenotype in semi adult mice, displaying disturbance of glucose and lipid metabolism to the same degree as mice with single ablation of the IR. A faster initial increase of blood glucose was observed in double KD mice, possibly a consequence of a rudimental ability of the IGF1R or IGF1R/IR hybrids to adopt functions of the IR, also demonstrated by a lowered response of IGF1R single KD mice on insulin challenge. Certainly this effect seems not to be distinct enough to appear after complete silencing of IR, since neither the magnitude of hyperglycaemia, nor peripheral glucose disposal were distinguishable between double KD mice and IR KD mice after the initial phase. These findings indicate that IGF1R might in part compensate loss of IR function in marginal or pre-diabetic insulin resistance but is not crucial in severe loss of IR function in semi adult mice.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Charakterisierung Insulinrezeptor und Insulin-like Growth Factor 1 Rezeptor defizienter Mäuse German
Translated abstract:	Abstract Language Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) ist eine ernste und häufig auftretende Erkrankung, charakterisiert durch Defekte des Insulin Systems, die eine gestörte Glucosehomöostase zur Folge haben. Die Bedeutung einer möglichen Kompensation der Funktion des Insulinrezeptors (IR) durch den strukturell eng verwandten IGF1-Rezeptor (IGF1R) wurde in vielen Studien untersucht, aber bisher nicht eindeutig geklärt. Um eine potenzielle redundante Funktion der Rezeptoren untersuchen zu können, wurden zwei neuartige technologische Strategien verfolgt, durch die eine zeitgleiche RNAi vermittelte Hemmung der Expression beider Rezeptoren in transgenen Mäusen ermöglicht werden sollte. Im Rahmen der ersten Strategie wurde eine ES Zelllinie generiert, in der zwei genomische loci, Rosa26 und Collagen, type I, alpha 1 (Col1a1), mit RMCE-Kassetten präpariert wurden, um so die gleichzeitige Integration zweier shRNAExpressionskassetten zu ermöglichen. Die Funktionalität dieses doppelten RMCEs konnte erfolgreich demonstriert werden. Jedoch zeigte sich, dass die Expressionseigenschaften des Col1a1 Locus nicht alle notwendigen Bedingungen erfüllen. In einer zweiten Strategie wurden zwei shRNA-Expressionseinheiten, die eine tet-repressor (tetR) vermittelte zeitliche Kontrolle der RNAi erlaubten, in einem Tandemkonstrukt kombiniert. Dieses wurde mittel RMCE in den Rosa26 locus muriner ES Zellen integriert. Das Tandemkonstrukt erlaubte in transgenen Mäusen eine zeitliche Kontrolle des RNAi Effektes und die Reduktion der IR-Expression auf 15-25% sowie der IGF1R-Expression auf 20-45%. Die gleichzeitige ubiquitär unterdrückte Expression von IR und IGF1R bewirkte keinen verstärkten diabetischen Phänotyp in semiadulten Mäusen. Diese zeigten keinen Unterschied in der Beeinträchtigung des Glucose- und Lipidmetabolismus im Vergleich zu Mäusen, in denen nur die Expression des IR gehemmt wurde. Ein initial stärkerer Anstieg der Blutglucosewerte in Mäusen, in denen beide Rezeptoren herunterreguliert wurden, deutete auf eine mögliche Fähigkeit des IGF1R oder von IR/IGF1R-Hybriden hin, Funktionen des IR zu erfüllen. Einen weiteren Anhaltspunkt für eine redundante Funktion gab die Abgeschwächte Reaktion IGF1R defizienter Mäuse auf die Stimulation mit Insulin. Allerdings scheint dieser Effekt nicht ausgeprägt genug zu sein, um sich bei einem vollständigen Verlust des IR zu manifestieren, da im weiteren Verlauf des Experimentes keine Unterschiede in der Ausprägung der Hyperglycämie oder der peripheren Glucoseaufnahme festgestellt werden konnten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der IGF1R teilweise den Verlust der IR-Funktion in schwach ausgeprägter oder prädiabetischer Insulinresistenz ausgleichen kann. Dieser Effekt scheint allerdings keine Bedeutung bei einem stark ausgeprägten Funktionsverlust des IR in semiadulten Mäusen zu haben. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schütte, Fabian fabianschuette@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-48431
Date:	15 March 2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Diabetes mellitus type 2 English insulin like growth factor 1 receptor English insulin receptor English RNA interference English recombinase-mediated cassette exchange English
Date of oral exam:	21 April 2012
Referee:	Name Academic Title Brüning, Jens Prof. Dr. Wunderlich, F. Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4843