Testing for effects of nicotine on mitochondrial and other functional parameters in insulin-producing ß-cells

Abstract

Bakgrunn: β-celler inneholder nikotinergiske respetorer, men deres funksjon og potensiell betydning når det kommer til diabetes er imidlertidig ikke fullstendig belyst. Nikotin er det mest aktive stoffet i tobakk og røyking er en kjent risikofaktor for utvikling av diabetes type 2, mens nyere funn tyder på at nikotin har beskyttende effekter mot autoimmun diabetes. Publikasjoner på det sistnevnte området og på effekter av nikotin på metabolisme, er knappe.

Mål: Målet med denne oppgaven var å teste for effekter av nikotin, for det første, på mitokondreifunksjon målt som forbruk av oksygen. Videre ble det utført forsøk på celle viabilitet og insulin sekresjon, for å potensielt belyse noen av de usikre mekanismene bak tidligere observerte effekter av røyking på diabetes type 1 og 2.

Metode: INS-1 832/13 klonale β-celler var dyrket i RPMI medium sammen med nikotin ved 10-7 og 10-6 M i varierende tidsintervaller. Oksygen opptak, celle viabilitet og insulin sekresjon ble deretter målt. Toksinet streptozotocin var inkludert i noen eksperimenter for å teste for nikotinindusert modulasjon av toksisitet.

Resultater: Det ble ingen signifikante forskjeller observert etter respirometri målinger etter 0-72 timers eksponering for nikotin (10-7 og 10-6 M), sammenlignet med kontroll løsning. Det var heller ikke noe forskjell i celle vekst (million celler/flaske) etter eksponering av nikotin, i samme konsentrasjoner, i 24-, 48-, og 72 timer, sammenlignet med kontroll cellene.

Streptozotocin viste en doseavhengig reduksjon i celle viabilitet og var brukt for å teste for en eventuell protektiv effekt av nikotin på cellene. De ble eksponert for nikotin i 6-, 30- og 54 timer før 18-timers eksponering av streptozotocin. Nikotin viste ingen signifikante effekter på oksygen forbruk eller cellevekst etter eksponering for streptozotocin.

Effekt av nikotin på insulin sekresjon ble målt i form av insulin sekresjon til mediet i cellekulturen og etter glukose-stimulert insulin sekresjon. Ingen statistisk signifikante forskjeller ble observert i insulin sekresjon etter nikotin eksponering (10-6 M).

Konklusjon: Nikotin i konsentrasjoner sammenlignbare til de som er funnet i personer som røyker, klarte ikke å påvirke viktige cellulære parametre av β-celler under de eksperimentelle forholdene som er beskrevet. Videre forskning er nødvendig for å teste for andre antatte funksjoner av nikotinreseptorer i β-celler.

Background: β-cells harbor nicotinic receptors; however, their function and potential importance regarding diabetes is not fully understood. Nicotine is the most active substance in tobacco and smoking is a known risk factor for development of type 2 diabetes, whereas recent findings suggest that nicotine has protective effects against autoimmune diabetes. Granted, publications on the latter subject and on effects of nicotine on metabolism are limited.

Aim: The aim of this thesis was to test the effects of nicotine on mitochondria function measured as oxygen consumption, in addition to cell viability and insulin secretion, in order to illuminate some of the uncertain mechanisms behind the observed effects of smoking on both type 1 and type 2 diabetes.

Methods: INS-1 832/13 clonal β-cells were cultured in RPMI media together with nicotine at 10-7 and 10-6 M for various periods of times. Oxygen consumption, cell viability and insulin secretion were subsequently measured. The toxin streptozotocin was included in some experiments to test for nicotine-induced modulation of toxicity.

Results: There were no significant differences observed with high-resolution respirometry after 0-72-hour exposure to nicotine (10-7 and 10-6 M) compared to control solution. Neither were there any effects observed on cell growth (million cells/flask) after 24-, 48-, or 72-hour exposure times to nicotine, in same concentrations, compared to controls.

Streptozotocin showed a dose-dependent reduction of cell viability and was used to test for potential protective effects of nicotine on the cells. The cells were exposed to nicotine (10-6 M) 6-,30- and 54 hours prior to 18-hour exposure to streptozotocin. Nicotine had no significant effects on oxygen consumption or cell growth after exposure to streptozotocin.

Effects of nicotine on insulin secretion was measured in the form of insulin secretion to the CM and after glucose-stimulated insulin secretion. There were no statistically significant differences found in insulin secretion after nicotine exposure (10-6 M).

Conclusions: Nicotine in concentrations comparable to those found in smokers failed to influence important cellular parameters of β-cells under the present experimental conditions. Further research is needed to test for other putative functions of nicotinic receptors in β-cells.