Patients with permanent neonatal diabetes usually present within the first three months of life and require insulin treatment. In most, the cause is unknown. Because ATP-sensitive potassium (KATP) channels mediate glucose-stimulated insulin secretion from the pancreatic beta cells, we hypothesized that activating mutations in the gene encoding the Kir6.2 subunit of this channel (KCNJ11) cause neonatal diabetes.

Heterozygous activating mutations in KCNJ11, encoding the Kir6.2 subunit of the ATP-sensitive potassium (KATP) channel, cause 30 to 58 percent of cases of diabetes diagnosed in patients under six months of age. Patients present with ketoacidosis or severe hyperglycemia and are treated with insulin. Diabetes results from impaired insulin secretion caused by a failure of the beta-cell KATP channel to close in response to increased intracellular ATP. Sulfonylureas close the KATP channel by an ATP-independent route.

The KirBac1.1 channel belongs to the inward-rectifier family of potassium channels. Here we report the structure of the entire prokaryotic Kir channel assembly, in the closed state, refined to a resolution of 3.65 angstroms. We identify the main activation gate and structural elements involved in gating. On the basis of structural evidence presented here, we suggest that gating involves coupling between the intracellular and membrane domains. This further suggests that initiation of gating by membrane or intracellular signals represents different entry points to a common mechanistic pathway.

Summary

 Insulin action in the central nervous system regulates energy homeostasis and glucose metabolism. To define the insulin-responsive neurons that mediate these effects, we generated mice with selective inactivation of the insulin receptor (IR) in either pro-opiomelanocortin (POMC)- or agouti-related peptide (AgRP)-expressing neurons of the arcuate nucleus of the hypothalamus. While neither POMC- nor AgRP-restricted IR knockout mice exhibited altered energy homeostasis, insulin failed to normally suppress hepatic glucose production during euglycemic-hyperinsulinemic clamps in AgRP-IR knockout (IR^ΔAgRP) mice. These mice also exhibited reduced insulin-stimulated hepatic interleukin-6 expression and increased hepatic expression of glucose-6-phosphatase. These results directly demonstrate that insulin action in POMC and AgRP cells is not required for steady-state regulation of food intake and body weight. However, insulin action specifically in AgRP-expressing neurons does play a critical role in controlling hepatic glucose production and may provide a target for the treatment of insulin resistance in type 2 diabetes.

A cDNA clone encoding an inwardly‐rectifying potassium channel subunit (Kir6.2) was isolated from an insulinoma cDNA library. The mRNA is strongly expressed in brain, skeletal muscle, cardiac muscle and in insulinoma cells, weakly expressed in lung and kidney and not detectable in spleen, liver or testis. Heterologous expression of Kir6.2 in HEK293 cells was only observed when the cDNA was cotransfected with that of the sulphonylurea receptor (SUR). Whole‐cell Kir6.2/SUR currents were K + ‐selective, time‐independent and showed weak inward rectification. They were blocked by external barium (5 mM), tolbutamide ( K d = 4.5 μ M) or quinine (20 μ M) and by 5 mM intracellular ATP. The single‐channel conductance was 73 pS. Single‐channel activity was voltage‐independent and was blocked by 1 mM intracellular ATP or 0.5 mM tolbutamide. We conclude that the Kir6.2/SUR channel complex comprises the ATP‐sensitive K‐channel.

C57BL/6J mice exhibit impaired glucose tolerance. The aims of this study were to map the genetic loci underlying this phenotype, to further characterise the physiological defects and to identify candidate genes.Glucose tolerance was measured in an intraperitoneal glucose tolerance test and genetic determinants mapped in an F2 intercross. Insulin sensitivity was measured by injecting insulin and following glucose disposal from the plasma. To measure beta cell function, insulin secretion and electrophysiological studies were carried out on isolated islets. Candidate genes were investigated by sequencing and quantitative RNA analysis.C57BL/6J mice showed normal insulin sensitivity and impaired insulin secretion. In beta cells, glucose did not stimulate a rise in intracellular calcium and its ability to close KATP channels was impaired. We identified three genetic loci responsible for the impaired glucose tolerance. Nicotinamide nucleotide transhydrogenase (Nnt) lies within one locus and is a nuclear-encoded mitochondrial proton pump. Expression of Nnt is more than sevenfold and fivefold lower respectively in C57BL/6J liver and islets. There is a missense mutation in exon 1 and a multi-exon deletion in the C57BL/6J gene. Glucokinase lies within the Gluchos2 locus and shows reduced enzyme activity in liver.The C57BL/6J mouse strain exhibits plasma glucose intolerance reminiscent of human type 2 diabetes. Our data suggest a defect in beta cell glucose metabolism that results in reduced electrical activity and insulin secretion. We have identified three loci that are responsible for the inherited impaired plasma glucose tolerance and identified a novel candidate gene for contribution to glucose intolerance through reduced beta cell activity.

Peroxisome proliferator activated receptor gamma 2 (PPARg2) is the nutritionally regulated isoform of PPARg. Ablation of PPARg2 in the ob/ob background, PPARg2−/− Lepob/Lepob (POKO mouse), resulted in decreased fat mass, severe insulin resistance, β-cell failure, and dyslipidaemia. Our results indicate that the PPARg2 isoform plays an important role, mediating adipose tissue expansion in response to positive energy balance. Lipidomic analyses suggest that PPARg2 plays an important antilipotoxic role when induced ectopically in liver and muscle by facilitating deposition of fat as relatively harmless triacylglycerol species and thus preventing accumulation of reactive lipid species. Our data also indicate that PPARg2 may be required for the β-cell hypertrophic adaptive response to insulin resistance. In summary, the PPARg2 isoform prevents lipotoxicity by (a) promoting adipose tissue expansion, (b) increasing the lipid-buffering capacity of peripheral organs, and (c) facilitating the adaptive proliferative response of β-cells to insulin resistance.