Der Glukosespiegel des Menschen ist vielfach geregelt: Kommt es beispielsweise nach der Nahrungsaufnahme zu einem Anstieg, wird von beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse Insulin ausgeschüttet. Der Zuckerspiegel sinkt rasch wieder ab. Nach dem derzeitigen Kenntnisstand nehmen die beta-Zellen Glucose auf und verstoffwechseln sie zu Adenosintriphosphat (ATP), dem Energieträger der Zelle. In der Zellmembran der beta-Zellen befindet sich ein Sensor für die zelluläre Konzentration des ATPs: ein Ionenkanal, der es Kalium-Ionen ermöglicht, die Zellmembran zu passieren. Steigt die zelluläre ATP-Konzentration, so bindet ATP vermehrt an diesen Ionenkanal und verschließt seine Pore. Der Kalium-Einstrom wird vermindert, die Zellmembran elektrisch umgepolt. Über eine Reihe von einzelnen Schritten führt die Umladung schließlich zur Ausschüttung des in den beta-Zellen gespeicherten Insulins.

Die Tübinger Forscher Thomas Baukrowitz, Uwe Schulte und Bernd Fakler vom Physiologischen Institut der Eberhard-Karls-Universität sind nun auf einen neuen Regulationsmechanismus gestoßen. Demnach regulieren negativ geladene Lipide der Zellmembran, sogenannte PIP2 (Phosphatidylinosit-4,5-bisphosphat) und PIP (Phosphatidylinosit-4-phosphat), die ATP-Empfindlichkeit des Ionenkanals. Der Mechanismus erlaubt es den beta-Zellen, die ATP-Empfindlichkeit des Ionenkanals und somit die Insulinausschüttung äußeren Bedingungen anzupassen. Wie die Wissenschaftler in Science berichten, konnten sie die Bindung äußerer Botenstoffe an Rezeptoren in der Zellmembran nachweisen. Damit wird die Konzentration des PIP2 und PIP verändert.

Der ATP-empfindliche Ionenkanal findet sich nicht nur in Zellen der Bauchspeicheldrüse, sondern auch in Herzmuskelzellen und Gehirnzellen. In Krisensituationen wie bei Herzinfarkt oder Hirnschlag bewahrt der Kanal hier die Zelle vor dem Zelltod. Aufgrund von Sauerstoffmangel führen diese Streßsituationen zum Absinken der zellulären ATP-Konzentration. Dadurch werden die ATP-empfindlichen Ionenkanäle geöffnet. Dies wiederum verhindert weitere elektrische Umladungen, die nur unnötig Energie verbrauchen würden. Der gleiche Ionenkanal erfüllt somit in unterschiedlichen Zellen verschiedene Funktionen. Deshalb können Forscher in den verschiedenen Zelltypen ganz unterschiedliche ATP-Empfindlichkeiten messen – bislang ein ungeklärtes Phänomen. Die Tübinger Wissenschaftler liefern nun eine schlüssige Erklärung für diesen Sachverhalt: Unterschiede in den Konzentrationen von PIP2 und PIP in den Zellmembranen könnten die Ursache sein.