Бета-клетки с высокой экспрессией CD63 отвечают за развитие диабета
Екатерина Гугуева, PCR.news
Сахарный диабет — хроническое эндокринное заболевание, которое характеризуется повышенным уровнем глюкозы в крови. В основе патогенеза сахарного диабета лежит абсолютная или относительная недостаточность гормона инсулина. Она может быть связана с поражением клеток островков Лангерганса поджелудочной железы или с резистентностью клеток к инсулину. В результате нарушаются утилизация глюкозы клетками и все виды обмена веществ в организме.
Недавно ученые выяснили, что существует несколько популяций (кластеров) бета-клеток поджелудочной железы. Они обладают разной метаболической активностью и секретируют различное количество инсулина. Ученые из США предположили, что снижение количества клеток определенной группы способствует развитию сахарного диабета.
Для начала исследователи секвенировали транскриптом единичных клеток поджелудочной железы мышей. Для проведения исследования были выбраны животные, получавшие питание с повышенным содержанием жиров, и мыши на нормальной диете. Выявили четыре кластера бета-клеток островков, причем количество клеток разных кластеров отличалось у мышей двух групп. Исследование показало, что клетки кластера 0 содержат гены, ответственные за пролиферацию и развитие бета-клеток. Клетки кластера 1 содержат гены, регулирующие стимулированную глюкозой секрецию инсулина. Они обладают высокой метаболической активностью. Количество клеток кластеров 2 и 3 было значительно меньше. Предполагают, что клетки кластера 2 обогащены генами, играющими важную роль в патогенезе диабета, а клетки кластера 3 представляют незрелые бета-клетки и клетки с нарушенными функциями и подвергнутые стрессу.
Изучая транскриптомный профиль клеток поджелудочной железы, ученые выяснили, что клетки островков экспрессируют на своей поверхности белки CD63. Однако количество этого маркера отличалось. Это позволило разделить клетки на три группы: CD63hi, CD63med, CD63lo. Результаты анализов показали, что CD63hi являются именно бета-клетки 1 кластера — то есть высокофункциональные клетки. Результаты секвенирования РНК показали, что в CD63hi повышена экспрессия генов, отвечающих за гликолиз, цикл трикарбоновых кислот. Кроме того, их митохондриальная активность была очень высока. Отмечалась выраженная активность сигнального пути Nrf2. Ученые охарактеризовали CD63hi как зрелые, метаболически активные клетки. В отличие от них, клетки других кластеров экспрессировали мало CD63, их отнесли к незрелым.
Клетки CD63hi также имели высокую митохондриальную массу. В их цитоплазме было обнаружено большее количество гранул инсулина. Ученые реагрегировали клетки с эндотелиальными клетками пупочной вены человека и получили так называемые псевдоостровки из CD63hi и CD63lo. Оказалось, что островки из CD63hi выделяли в 2,5 раза больше инсулина.
Далее исследователи изучили бета-клетки поджелудочной железы пациентов, не страдающих диабетом. Среди них также были выделены две популяции по уровню CD63. Клетки CD63hi вновь секретировали большее количество инсулина, что согласуется с результатами предыдущих этапов. Выделение инсулина увеличивалось при добавлении глюкозы. Затем ученые сравнили клетки, полученные от доноров с диабетом и без. Выяснилось, что у пациентов с диабетом количество CD63hi клеток было значительно меньше. Возможно, именно данная группа клеток играет важную роль в развитии диабета.
Далее исследователи оценили уровень экспрессии CD63 у мышей, получавших разный рацион. У животных, находившиеся на диете с повышенным содержанием жиров, уровень маркера был низким. Было обнаружено, что число клеток CD63hi у этих мышей снижено, а CD63lo повышено. Секреция инсулина, естественно, была снижена. В клетках 1 кластера было обнаружено нарушение работы сигнальных путей, участвующих к глюкозозависимой секреции инсулина.
Затем исследователи трансплантировали псевдоостровки CD63hi и CD63lo мышам с диабетом. У животных, которым пересадили CD63hi, значительно снизился уровень глюкозы крови. А вот трансплантация другой популяции клеток такого эффекта не оказала. После удаление трансплантата с CD63 гипергликемия возникла вновь. Через 60 дней пересаженные клетки сохраняли повышенную экспрессию маркера и были функционально активны.
Интересно, что в клетках CD63lo была повышенной экспрессия генов рецептора GLP-1 (GLP1R). Вероятно, этот рецептор участвует в регуляции секреции инсулина этими клетками. Под действием агонистов GLP1R секреция инсулина усиливалась.
Итак, ученые обнаружили субпопуляцию высокофункциональных бета-клеток, которые продуцируют основную массу инсулина. Вероятно, их потеря ведет к развитию диабета. Исследователи надеются, что в дальнейшем удастся выяснить, как сохранить эти клетки. Таким образом можно будет повлиять на развитие диабета. Кроме того, новым терапевтическим подходом к лечению может стать использование агонистов GLP1R.
Источник: Rubio-Navarro A, et al. A beta cell subset with enhanced insulin secretion and glucose metabolism is reduced in type 2 diabetes. Nature Cell Biology.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru