role of cyclic amp in exocrine pancreatic secretion

199 Pages·2014·8.82 MB·English

role of cyclic amp in exocrine
pancreatic secretion
H.J. M. KEMPEN
ROLE
OF CYCLIC AMP
IN
EXOCRINE PANCREATIC SECRETION
Promotor: Prof,Dr. S.L. Bonting
Co-referent: Dr. J.J.H.H.M. de Pont
role of cyclic amp in exocrine
pancreatic secretion
PROEFSCHRIFT
TER VERKRIJGING VAN DE GRAAD VAN DOCTOR IN DF
WISKUNDE EN NATUURWETENSCHAPPEN
AAN DE KATHOLIEKE UNIVERSITEIT TE NIJMEGEN,
OP GEZAG VAN DE RECTOR MAGNIFICUS PROF. DR.
A.J.H. VENDRIK VOLGENS HET BESLUIT VAN
HET COLLEGE VAN DECANEN IN MET OPENBAAR
TE VERDEDIGEN OP VRIJDAG 27 FFBRUARI 1976
DES NAMIDDAGS TE 2 UUR PRECIES
DOOR
HERMANUS JOHANNES MARIA KEMPEN
GEBOREN TE ALKMAAR
1976
Druk: KRIPS Repro Meppel
Aan mijn ouders en aan Lia.
Ook voor Marike en Arjan.
DANKBETUIGING.
Dij het verschijnen van dit proefschrift wil ik graag allen danken die
het tot stand komen van dit proefschrift hebben mogelijk gemaakt.
Mijn dank gaat op de eerste plaats uit naar Annie Jakobs, die met grote
inzet, veel geduld en een onverwoestbaar goed humeur het grootste deel van
de biochemische experimenten heeft verricht, en ook naar Herman Swarts en
Elly Dekkers-Roose vanwege hun bijdragen aan het experimentele werk. Daarnaast
bedank ik André van Dijk, Bernadet Tuinte-Renckens en Ton van der Heijden
voor de prettige wijze waarop zij aan dit onderzoek hebben meegewerkt in het
kader van hun doktoraal-stage biochemie.
The study presented in chapter 7 is the result of the fruitful contacts and
discussions with Prof.Dr. T. Scratcherd, University of Sheffield, Sheffield,
England, and with Dr. R.M. Case, University of Newcastle, Newcastle, England.
The study described in chapter 9 has been initiated by a visit to the
laboratory of Dr. S.L. Howell, University of Sussex, Palmer, England, whom I
should I i ke to thank for his generous hospitality and his kind guidance of my
first steps in the field of electronmicroscopic hi stochern isfry.
De resultaten beschreven in hoofdstukken θ en 9 zijn verkregen in samen­
werking met Drs. J.Α.Μ.Α. Dormans, Mevr. С. de Groot-Versteegdcn en Dr. A.M.
Stadhouders van het Instituut voor Submicroscopische Morfologie van deze Uni­
versiteit.
De heer P.B. Spaan en zijn medewerkers van het Centraal Dieren laboratori urn
(hoofd: Dr. W. van der Gulden) ben ik dankbaar voor hun hulp bij de in vivo
experimenten beschreven in hoofdstukken 5 en 6.
De vruchtbare en stimulerende discussies met rrijn collega's van de afdeling
Biochemie, met name Dr. W.J. Rutten en Drs. V.V.A.M. Schreurs, alsmede met de
leden van de werkgroepen o.l.v. Prof. Dr. J.F.G. Siegers en o.l.v. Dr. G.W.F.H.
Borst Pauwels van de werkgemeenschap Biomembranen en Transportprocessen in
de Stichting voor Biofysika, wil ik op deze plaats ook dankbaar memoreren.
Gaarne wil ik ook mijn dank betuigen aan de heer J.G. Wiese en de andere
medewerkers van de Medische Tekenkamer (hoofd: J.J.M, de Dekker), en aan de
medewerkers van de afdeling Medische Fotografie (hoofd: A.T.A. Reijnen).
Tenslotte wil ik graag Lia danken voor haar steun bij het typewerk, en
Hanneke van Val deren-Bast iaans voor de attente verzorging van het uiteindelij­
ke manuscript.
The investigations described in this thesis were carried out in the Depart
ment of Biochemistry, University of Nijmegen, The Netherlands, under the
direction of Dr. J.J.H.h.M. de Pont and Prof.Dr. S.L. Bonting.
Financial support was obtained from the Netherlands Organization for Basic
Research (ZWO), through The Netherlands Foundation for Biophysics (Stichting
voor Biofys i ka).
The results described in chapters 3, 4, 6, 7 and 8 have previously been pub
lished elsewhere. (Kempen, H.J.M., J.J.H.H.M. de Pont and S.L. Bonting, 1973,
1974 and 1975; Bonting, S.L., R.M. Case, H.J.M. Kempen, J.J.H.H.M. de Pont and
T. Scratcherd, 1974; Bonting, S.L. and J.J.H.H.M. de Pont, 1974; De Pont,
J.J.H.H.M., H.J.M. Kempen and S.L. Bonting, 1975).
CONTENTS
ABBREVIATIONS xi
GENERAL INTRODUCTION xi i
Chapter 1. STRUCTURE, FUNCTION AND SECRETION OF THE EXOCRINE PANCREAS
1.1 Structure and function 1
1.2 Secretion of water and electrolytes 3
1.2.1 Regulation of water and electrolyte secretion 3
1.2.2 Osmolality and ionic concentrations of the pancreatic fluid 6
1.2.3 Origin of water and electrolyte secretion 7
1.2.4 Sodium transport and fluid secretion 9
1.2.5 Bicarbonate transporf and fluid secretion 10
1.2.6 Leading ¡on and pump system in fluid secretion 11
1.3 Secretion of digestive enzymes 14
1.3.1 Regulation of enzyme secretion 14
1.3.2 Origin, properties and mechanism of enzyme secretion 16
1.4 Stimulus-secretion coupling in the exocrine pancreas 18
Chapter 2. EFFECTS OF HORMONES AND VARIOUS AGENTS ON RAT PANCREATIC ENZYME
SECRETION IN VITRO 21
2.1 Introduction 21
2.2 Materials and methods 72
2.2.1 Materials 72
2.2.2 Tissue preparation and incubation 22
2.2.3 Assay of chymotrypsin 23
2.2.4 Assay of lactic dehydrogenase 74
2.2.5 Calculations 24
2.3 Results 25
2.3.1 Incubation time 25
2.3.2 Basal chymotrypsin release 25
2.3.3 Effects of carbachol and pancreozymin-C-octapeptide 25
2.3.4 Effects of cyclic nucleotides and their dibutyryl deriva
tives 26
2.3.5 Effects of phosphodiesterase inhibitors 26
2.3.6 Mechanism of the effect of the stimulating substances 28
2.4 Discussion 29
Chapter 3. HORMONAL ACTIVATION OF THE RAT PANCRFAS ADENYLATE CYCLASE.
ROLE OF PHOSPHOLIPIDS 33
3.1 Introduction 33
3.2 Materials and methods 34
3.2.1 Materials 34
3.2.2 Tissue preparation 35
3.2.3 Adenylate cyclase determination 36
3.2.4 Phospholipase A determination 37
3.2.5 Preparation of phospholipid suspensions 38
3.2.6 Definition of terms 38
3.3 Results 39
3.3.1 Stability of the adenylate cyclase activity 39
3.3.2 Effects of addition of phospholipids to the assay medium 40
3.3.3 Mechanism of the phospholipid effect 42
3.4 Discussion 45
Chapter 4. FURTHER CHARACTERIZATION OF THE RAT PANCRFAS ADENYLATE CYCLASE 49
4.1 Introduction 49
4.2 Materials and methods 50
4.3 Results 50
4.3.1 Effects on rat pancreas adenylate cyclase of secretin and
pancreozymin-C-octapept¡de, alone or in combination 50
4.3.2 Effects of hormone-analogues 52
4.3.3 Effects of guanyI nucleotides upon the hormonal activation 55
4.4 Discussion 57
4.4.1 Effects of hormones and hormone-analogues 57
4.4.2 Effects of guanyI nucleotides 60
Chapter 5. HORMONE EFFECTS ON THE CYCLIC AMP CONCENTRATION AND CYCLIC
AMP PHOSPHODIESTERASE ACTIVITY IN RAT PANCREAS 62
5.1 Introduction 62
5.2 Materials and methods 63
5.2.1 Materials 63
5.2.2 In vivo experiments 63
5.2.3 In vitro experiments 64
5.2.4 Extraction and purification of cyclic AMP from pancreatic
tissue 65
5.2.5 Cyclic AMP determination 66
5.2.6 Cyclic AMP phosphodiesterase determination 68
5.3 Results 6Θ
5.3.1 Evaluation of the protein binding method for the determina­
tion of cyclic AMP in pancreatic tissue 68
5.3.2 Cyclic AMP concentration in rat pancreas m vivo 72
5.3.3 Cyclic AMP concentration in rat pancreas in vitro 72
5.3.4 Hormone effects on the cyclic AMP phosphodiesterase activity 76
5.4 Discussion 76
Chapter 6. ROLE OF ADENYLATE CYCLASE IN RAT PANCREATIC SECRETION. EFFECTS
OF HORMONES AND CHOLERA TOXIN ON ADENYLATF CYCLASE ACTIVITY
IN VITRO, AND ON PANCREATIC SECRETION IN VIVO 81
6.1 Introduction 81
6.2 Materials and methods 82
6.2.1 Materials 82
6.2.2 In vitro experiments 82
6.2.3 In vivo experiments 83
6.3 Results 84
6.3.1 Effect of cholera toxin on rat pancreatic adenylate cyclase
activity in vitro 84
6.3.2 Effects of hormones and of cholera toxin on rat pancreatic
secretion in vivo 84
6.4 Discussion 90
Chapter 7. ROLE OF ADENYLATE CYCLASE IN CAT PANCREATIC SECRETION. EFFECTS
OF HORMONES AND OF SECRET ION-INHIBITORS ON CAT PANCREATIC
ADENYLATE CYCLASE AND CYCLIC AMP PHOSPHODIESTERASE ACTIVITIES 94
7.1 Introduction 94
7.2 Materials and methods 95
7.2.1 Materials 95
7.2.2 Tissue preparations 95