Pancreatic β-cells express multiple phosphodiesterase (PDE) subtypes, but the specific roles for each in β-cell function, particularly in humans, is not clear. We evaluated the cellular role of PDE1, PDE3, and PDE4 activity in the rat insulinoma cell line INS-1 and in primary human β-cells using subtype-selective PDE inhibitors. Using a genetically encoded, FRET-based cAMP sensor, we found that the PDE1 inhibitor 8MM-IBMX and the PDE4 inhibitor rolipram elevated cAMP levels above baseline in the absence and presence of 18 mM glucose in INS-1 cells. Inhibition of PDE1 or PDE4 potentiated glucose-stimulated insulin secretion in INS-1 cells. In contrast, the inhibition of PDE3 with cilostamide had little effect on cAMP levels or glucose-stimulated insulin secretion. PDE1 inhibition, but not PDE3 of PDE4 inhibition, reduced palmitate-induced caspase-3/7 activation, and enhanced CREB phosphorylation in INS-1 cells. In human β-cells, only PDE3 or PDE4 inhibition increased cAMP levels in 1.7 mM glucose, but PDE1, PDE3, or PDE4 inhibition potentiated cAMP levels in 16.7 mM glucose. Inhibition of PDE1 or PDE4 increased cAMP levels to a greater extent in 16.7 mM glucose than in 1.7 mM glucose in human ?-cells. In contrast, elevation of cAMP levels by PDE3 inhibition was not different at these glucose concentrations. PDE1 inhibition also potentiated insulin secretion from human islets, suggesting that the role of PDE1 may be conserved between INS-1 cells and human pancreatic β-cells. Our results suggest that inhibition of PDE1 may be a useful strategy to potentiate glucose-stimulated insulin secretion, and to protect β-cells from the toxic effects of excess fatty acids.

Abstract The role of ER Ca 2+ release via ryanodine receptors (RyR) in pancreatic β-cell function is not well defined. Deletion of RyR2 from the rat insulinoma INS-1 (RyR2 KO ) enhanced the Ca 2+ integral (AUC) stimulated by 7.5 mM glucose, and rendered it sensitive to block by the IP 3 receptor inhibitor xestospongin C, coincident with reduced levels of the protein IP 3 R eceptor B inding protein released with Inositol 1,4,5 T risphosphate (IRBIT; aka AHCYL1). Deletion of IRBIT from INS-1 cells (IRBIT KO ) increased the Ca 2+ AUC in response to 7.5 mM glucose and induced xestospongin sensitivity. Insulin content and basal (2.5 mM glucose) and 7.5 mM glucose-stimulated insulin secretion were reduced in RyR2 KO cells and more modestly reduced in IRBIT KO cells compared to controls. INS2 mRNA levels were reduced in both RyR2 KO and IRBIT KO cells, but INS1 mRNA levels were specifically decreased in RyR2 KO cells. Nuclear localization of S-adenosylhomocysteinase (AHCY) was increased in RyR2 KO and IRBIT KO cells. DNA methylation of the INS1 and INS2 gene promotor regions was very low, and not different among RyR2 KO , IRBIT KO , and controls. In contrast, exon 2 of the INS1 and INS2 genes was more extensively methylated in RyR2 KO and IRBIT KO cells than in controls. Proteomics analysis using LC-MS/MS revealed that deletion of RyR2 or IRBIT resulted in differential regulation of 314 and 137 proteins, respectively, with 41 in common. These results suggest that RyR2 regulates IRBIT levels and activity in INS-1 cells, and together maintain insulin content and secretion, and regulate the proteome, perhaps via DNA methylation. One sentence Summary Deletion of RyR2 from INS-1 cells had the unanticipated effect of reducing IRBIT proteins levels, and both RyR2 and IRBIT contribute to maintenance of glucose- stimulated insulin secretion.