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Effect of purinergic agonists and antagonists on insulin secretion from INS-1 cells (insulinoma cell line) and rat pancreatic islets

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The effects of purinergic agonists on insulin release are controversial in the literature. In our studies (mainly using INS-1 cells, but also using rat pancreatic islets), ATP had a dual effect on insulin release depending on the ATP concentration: increasing insulin release (EC50 approximately 0.0032 µM) and inhibiting insulin release (EC50 approximately 0.32 &µM) at both 5.6 and 8.3 mM glucose. This is compatible with the view that either two different receptors are involved, or the cells desensitize and (or) the effect of an inhibitory degradation product such as adenosine (ectonucleotidase effect) emerges. The same dual effects of ATP on insulin release were obtained using rat pancreatic islets instead of INS-1 cells. ADPβS, which is less degradable than ATP and rather specific for P2Y1 receptors, had a dual effect on insulin release at 8.3 mM glucose: stimulatory (EC50 approximately 0.02 µM) and inhibitory (EC50 approximately 0.32 µM). The effectiveness of this compound indicates the possible involvement of a P2Y1 receptor. 2-Methylthio-ATP exhibited an insulinotropic effect at very high concentrations (EC50 approximately 15 µM at 8.3 mM glucose). This indicated that distinct P2X or the P2Y1 receptor may be involved in these insulin-secreting cells. UTP increased insulin release (EC50 approximately 2 µM) very weakly, indicating that a P2U receptor (P2X3 or possibly a P2Y2 or P2Y4) are not likely to be involved. Suramin (50 µM) antagonized the insulinotropic effect of ATP (0.01 µM) and UTP (0.32 µM). Since suramin is not selective, the data indicated that various P2X and P2Y receptors may be involved. PPADS (100 µM), a P2X and P2Y1,4,6 receptor antagonist, was ineffective using either low or high concentrations of ATP and ADPβS, which combined with the suramin data hints at a P2Y receptor effect of the compounds. Adenosine inhibited insulin release in a concentration-dependent manner. DPCPX (100 µM), an adenosine (A1) receptor antagonist, inhibited the inhibitory effects of both adenosine and of high concentrations of ATP. Adenosine deaminase (1 U/mL) abolished the inhibitory effect of high ATP concentrations, indicating the involvement of the degradation product adenosine. Repetitive addition of ATP did not desensitize the stimulatory effect of ATP. U-73122 (2 µM), a PLC inhibitor, abolished the ATP effect at low concentrations. The data indicate that ATP at low concentrations is effective via P2Y receptors and the PLC-system and not via P2X receptors; it inhibits insulin release at high concentrations by being metabolized to adenosine.Key words: purinergic receptors, insulin release, ATP.

Les effets d'agonistes purinergiques sur la sécrétion d'insuline sont controversés dans la littérature. Dans cette étude sur les cellules INS-1 et ilêts pancréatiques, l'ATP montre un double effet sur la sécrétion d'insuline qui dépend de la concentration de l'ATP : soit une augmentation (EC50 approximativement 0,0032 µM), soit une baisse de cette sécrétion (EC50 approximativement 0,32 µM) en présence de 5,6 et 8,3 mM glucose. Ces résultats sont compatibles avec l'implication de deux récepteurs différents, ou avec une desensibilisation et/ou avec un effet inhibiteur d'un produit de dégradation comme l'adenosine (effet d'une ectonucleotidase). En utilisant les îlots pancréatiques de rat au lieu des cellules INS-1, nous avons obtenu presque les mêmes effets doubles de l'ATP sur la sécrétion d'insuline. L'ADPβS, moins dégradable que l'ATP et plutôt spécifique des récepteurs P2Y, montre aussi un effet double à une concentration de 8,3 mM de glucose : stimulant (EC50 approximativement 0,02 µM) ou inhibiteur (EC50 approximativement 0,32 µM). L'efficacité de cette substance indique une possible implication d'un récepteur P2Y. Le 2-Methylthio-ATP montre un effet insulinotropique à trés fortes concentrations (EC50 approximativement 15 µM en présence de 8,3 mM de glucose). Ceci suggère que ce serait le récepteur P2X ou P2Y impliqué dans cet effet. L'UTP augmente la sécrétion d'insuline (EC50 approximativement 2 µM) trés faiblement, montrant que le récepteur P2U (P2X3 ou P2Y2 ou P2Y4) n'est certainement pas impliqué. La suramine (50 µM) antagonise l'effet insulinotropique de l'ATP (0,01 µM) et de l'UTP (0,32 µM). Puisque la suramine n'est pas sélective les resultats montrent qu'un récepteur P2X ou P2Y peut être impliqué. Le PPADS (100 µM), un antagoniste du récepteur P2X et P2Y1,4,6 n'a pas d'effets ni à faibles ni à fortes concentrations d'ATP et d'ADPβS. L'adenosine diminue la sécrétion d'insuline d'une façon dose-dependante. Le DPCPX (100 µM), un antagoniste des récepteurs de l'adenosine (A1), diminue les effets de l'adenosine et l'effet inhibiteur des fortes concentrations d'ATP indicative de produit degradative de l'adenosine. L'adenosine desaminase (1 U/mL) abolit l'effet inhibiteur des fortes concentrations d'ATP. L'addition répétée de l'ATP n'entraine pas de desensibilisation. L'U-73122 (2 µM), un inhibiteur de la PLC, abolit l'effet des faibles concentrations de l'ATP. Ces resultats montrent que l'ATP à faibles concentrations agit via les récepteurs P2Y et le système PLC et non pas via les récepteurs P2X, alors qu'aux fortes concentrations l'ATP baisse la sécretion d'insuline en étant métabolisé en adenosine.Mots clés : récepteurs purinergiques, sécrétion d'insuline, l'ATP.
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Keywords: purinergic receptors, insulin release, ATP, récepteurs purinergiques, sécrétion d'insuline, l'ATP

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2002

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