Mehrere Arten von Betazellen produzieren Insulin in der Bauchspeicheldrüse und helfen, den Blutzuckerspiegel auszugleichen. Laut einer neuen Studie von Weill Cornell Drugs-Forschern kann der Verlust eines besonders produktiven Typs von Betazellen zur Entwicklung von Diabetes beitragen.
In der Studie, veröffentlicht am 16. März in Natur Zellbiologie, Dr. James Lo, außerordentlicher Professor für Medizin an der Weill Cornell Drugs, und Kollegen maßen die Genexpression in einzelnen Betazellen, die von Mäusen gesammelt wurden, um zu bestimmen, wie viele verschiedene Arten von Betazellen in der Bauchspeicheldrüse existieren. Das Staff entdeckte vier verschiedene Betazelltypen, darunter einen, der auffiel. Die Cluster-1-Gruppe von Beta-Zellen produzierte mehr Insulin als andere Beta-Zellen und schien besser in der Lage zu sein, Zucker zu metabolisieren. Die Studie zeigte auch, dass der Verlust dieses Betazelltyps zu Typ-2-Diabetes beitragen könnte.
„Vorher dachten die Leute, eine Beta-Zelle sei eine Beta-Zelle, und sie zählten einfach die Gesamtzahl der Beta-Zellen“, sagte Dr. Lo, der auch Mitglied des Weill Heart for Metabolic Well being und des Cardiovascular Analysis Institute bei Weill Cornell Drugs and ist Kardiologe am NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Scientific Heart. „Aber diese Studie sagt uns, dass es wichtig sein könnte, die Beta-Zellen zu subtypisieren, und dass wir die Rolle dieser speziellen Cluster-1-Beta-Zellen bei Diabetes untersuchen müssen.“
Dr. Doron Betel, Jingli Cao, Geoffrey Pitt und Shuibing Chen von Weill Cornell Drugs taten sich mit Dr. Lo zusammen, um die Studie durchzuführen.
Die Forscher verwendeten eine Technik namens Einzelzell-Transkriptomik, um alle Gene zu messen, die in einzelnen Maus-Betazellen exprimiert werden, und nutzten diese Informationen dann, um sie in vier Typen zu gruppieren. Die Cluster-1-Beta-Zellen hatten eine einzigartige Genexpressionssignatur, die eine hohe Expression von Genen beinhaltete, die zellulären Kraftwerken namens Mitochondrien helfen, Zucker abzubauen und sie anzutreiben, mehr Insulin abzusondern. Außerdem konnten sie die Cluster-1-Beta-Zellen durch ihre hohe Expression des CD63-Gens von den anderen Beta-Zelltypen unterscheiden, wodurch sie das CD63-Protein als Marker für diesen spezifischen Beta-Zelltyp verwenden konnten.
„Die CD63-Expression bot uns eine Möglichkeit, die Zellen zu identifizieren, ohne sie zu zerstören, und erlaubte uns, die lebenden Zellen zu untersuchen“, sagte er.
Als das Staff sowohl menschliche als auch Maus-Betazellen untersuchte, stellte es fest, dass Cluster-1-Betazellen mit hoher CD63-Genexpression mehr Insulin als Reaktion auf Zucker produzieren als die drei anderen Arten von Betazellen mit niedriger CD63-Expression.
„Sie sind sehr hochfunktionierende Betazellen“, sagte Dr. Lo. „Wir glauben, dass sie den Großteil der Arbeitslast bei der Insulinproduktion tragen könnten, sodass ihr Verlust tiefgreifende Auswirkungen haben könnte.“
Bei Mäusen, die mit einer fettleibigen, fettreichen Ernährung gefüttert wurden, und bei Mäusen mit Typ-2-Diabetes nahm die Anzahl dieser insulinproduzierenden Betazellen ab.
„Da die Anzahl der Cluster 1/prime CD63-Zellen zurückgegangen ist, haben Sie möglicherweise eine geringere Insulinproduktion, was once eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Diabetes spielen könnte“, sagte er.
Durch die Transplantation von Betazellen mit hoher CD63-Produktion in Mäuse mit Typ-2-Diabetes wurde deren Blutzuckerspiegel wieder normalisiert. Aber das Entfernen der transplantierten Zellen führte zu einem erneuten Anstieg des Blutzuckerspiegels. Die Transplantation von Beta-Zellen mit niedriger CD63-Produktion in die Mäuse stellte den Blutzucker nicht auf normale Werte zurück. Die transplantierten niedrigen CD63-beta-Zellen schienen stattdessen dysfunktional zu sein.
Die Entdeckung könnte wichtige Auswirkungen auf die Verwendung von Betazelltransplantaten zur Behandlung von Diabetes haben, sagte Dr. Lo. Beispielsweise kann es besser sein, nur hohe CD63-beta-Zellen zu transplantieren. Er merkte an, dass es auch möglich sein könnte, weniger dieser hochproduktiven Zellen zu transplantieren. Das Staff von Dr. Lo fand auch heraus, dass Menschen mit Typ-2-Diabetes im Vergleich zu Menschen ohne Diabetes einen niedrigeren Gehalt an hohen CD63-Beta-Zellen hatten.
Als nächstes möchten Dr. Lo und seine Kollegen herausfinden, was once mit den Beta-Zellen mit hoher CD63-Produktion in Mäusen mit Diabetes passiert und wie guy verhindern kann, dass sie verschwinden.
„Wenn wir herausfinden können, wie wir sie länger, überlebensfähig und funktionsfähig halten können, könnte dies zu besseren Möglichkeiten zur Behandlung oder Vorbeugung von Typ-2-Diabetes führen“, sagte er.
Sie möchten auch untersuchen, wie sich bestehende Diabetesbehandlungen auf alle Arten von Betazellen auswirken. GLP-1-Agonisten, die helfen, die Insulinfreisetzung bei Menschen mit Diabetes zu erhöhen, interagieren mit Betazellen, die viel und wenig CD63 produzieren.
„Unsere Studie zeigt auch, dass GLP-1-Agonisten auch eine Möglichkeit sein könnten, die niedrigen CD63-produzierenden Betazellen dazu zu bringen, besser zu arbeiten“, sagte Dr. Lo.