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Herbach, Nadja (2002): Clinical and pathological characterization of a novel transgenic animal model of diabetes mellitus expressing a dominant negative glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor (GIPR dn). Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Clinical and pathological characterization of a novel transgenic animal model of diabetes mellitus expressing a dominant negative glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor (GIPR dn) Gastrointestinal hormones like glucose-dependent insulinotropic polypeptide have recently been shown to be involved in the pathogenesis of diabetes mellitus in humans and animals models of diabetes mellitus. The aim of this study was to characterize a novel transgenic mouse model expressing a dominant negative glucosedependent insulinotropic polypeptide receptor (GIPRdn) under the control of the rat insulin gene promoter and their non-transgenic counterparts. Detailed analysis of clinical parameters was performed, including urine glucose, blood or serum glucose and serum insulin values. In addition, oral and subcutaneous glucose tolerance tests were performed, and HbA1c levels and various serum parameters were determined. The detection of the daily food and water intake and the daily urine volume was performed in two age groups. Further, body and organ weights were determined. Qualitative and quantitative morphological changes of the pancreas and the kidneys were investigated in several age groups. Some of the parameters were studied in different diet groups, one of them received standard rodent chow, and the other received a carbohydrate-restricted diet until four months of age. All transgenic mice studied exhibited severe glucosuria from 21 days of age onwards. From 30 days of age onwards, GIPRdn transgenic males and females showed severe hyperglycemia and hypoinsulinemia (p<0.05). In male transgenic animals, the fasted body weight was found to be lower than in age-matched male control mice. The daily food and water intake and the 24-hour urine volume were significantly higher in all transgenic animals investigated. Histological and immunohistochemical survey of the pancreas revealed a striking change of the islet cell composition and distribution. Further, quantitative- stereological analysis of the pancreas revealed a significant reduction of the total volumes of pancreatic islets, B-cells in the islets and isolated B-cells in the exocrine pancreas indicating neogenesis of islets. Kidney changes included renal and glomerular hypertrophy, glomerulosclerosis and tubulo-interstitial changes. In conclusion, transgenic mice expressing a dominant negative GIP receptor under the control of the rat insulin gene promoter develop a severe diabetic phenotype and striking 138 histological changes of the endocrine pancreas. Further, advanced diabetesassociated organ lesions, particularly of the kidney were observed and therefore, GIPRdn transgenic mice are considered a valuable model for studying long-term complications of diabetes mellitus.

Abstract

Klinische und pathomorphologische Befunde bei einem neuartigen transgenen diabetischen Tiermodell, das einen dominant negativen glucose-dependent insulinotropic polypeptide Rezeptor (GIPR dn) exprimiert. In den letzten Jahren wurde beim Studium der Pathogenese des Diabetes mellitus die Aufmerksamkeit zunehmend auf die Beteiligung gastrointestinaler Hormone wie zum Beispiel glucose-dependent insulinotropic polypeptide gerichtet. Ziel dieser Studie war es, bei einem neuartigen transgenen Tiermodell, klinische und pathomorphologische Veränderungen eingehend zu charakterisieren. Bei den untersuchten Tieren handelte es sich um transgene Mäuse, die einen dominant negativen glucosedependent insulinotropic polypeptide Rezeptor (GIPRdn) unter der Kontrolle des Ratteninsulingenpromotors exprimieren und um nicht-transgene Geschwistertiere. Es erfolgte eine detaillierte Untersuchung Diabetes-relevanter klinischer Parameter, unter der Berücksichtigung von Harnglukoseausscheidung, Blut- bzw. Serumglukose- und Seruminsulinwerten. Zusätzlich wurden orale und subkutane Glukosetoleranztests durchgeführt und HbA1c -Werte sowie verschiedene Serumparameter bestimmt. Die tägliche Futter- und Wasseraufnahme und das tägliche Harnvolumen wurden bei zwei Altersgruppen gemessen. Körper- und Organgewichte wurden ebenfalls erfasst. Die Erfassung morphologischer und histopathologischer Veränderungen des Pankreas und der Nieren erfolgte sowohl qualitativ als auch quantitativ-stereologisch an mehreren Altersgruppen. Einige der untersuchten Parameter wurden an Tieren, die mit Haltungsfutter gefüttert wurden und an Vergleichstieren erhoben, die bis zum Alter von 4 Monaten mit einer kohlenhydratarmen Diät ernährt wurden. Alle untersuchten transgenen Tiere zeigten ab einem Alter von 21 Tagen eine schwere Glukosurie. Im Alter von 30 Tagen zeigten GIPRdn transgene männliche und weibliche Mäuse eine hochgradige Hyperglykämie und eine hochgradige Hypoinsulinämie. Bei männlich- transgenen Tieren war das Köpergewicht im Vergleich zu gleichgeschlechtlichen 139 Kontrolltieren reduziert (p<0.05). Die tägliche Futter- und Wasseraufnahme und das tägliche Harnvolumen war bei allen untersuchten transgenen Tieren signifikant höher als bei Kontrolltieren. Histologische und immunhistochemische Untersuchungen am Pankreas zeigten schwere Veränderungen der Zusammensetzung und Verteilung der Inselzellen auf. Diese qualitativen Befunde konnten durch quantitativstereologische Untersuchungen eingehend charakterisiert werden. Das Gesamtvolumen der Pankreasinseln und der B-Zellen in den Inseln war bei GIPRdn transgenen Mäusen signifikant niedriger als bei Kontrolltieren. Gleiches gilt für das Gesamtvolumen isolierter B-Zellen im exokrinen Pankreas, die als Indikator für Inselneogenese angesehen werden. Die festgestellten Nierenveränderungen umfassen renale und glomeruläre Hypertrophie, Glomerulosklerose und tubulointerstitielle Veränderungen. Die quantitativ-stereologische Auswertung konnte die subjektiven Befunde bestätigen, sowohl das Nierenvolumen als auch das mittlere Glomerulumvolumen waren bei transgenen Mäusen signifikant erhöht. Aus den erhobenen Befunden ergibt sich die Schlussfolgerung, dass transgene Mäuse, die einen dominant-negativen GIP Rezeptor unter der Kontrolle des Ratteninsulingenpromoters exprimieren eine hochgradigen diabetischen Phänotyp und prägnante histologische Veränderungen am endokrinen Pankreas entwickeln. Weiterhin konnten Diabetes-assoziierte Alterationen diverser Organe, insbesondere der Niere festgestellt werden, woraufhin GIPRdn transgene Mäuse als ein wertvolles Tiermodell für die Untersuchung diabetischer Spätkomplikationen angesehen werden.