Una proteina batterica fa sì che le cellule produttrici di insulina si riproducano, indicando un possibile trattamento
Quasi un decennio fa, la studentessa laureata dell’UO Jennifer Hampton Hill ha fatto una scoperta fortuita: una proteina prodotta da batteri intestinali che ha innescato la replicazione delle cellule produttrici di insulina. La proteina era un indizio importante per le basi biologiche del diabete di tipo 1, una malattia autoimmune in cui il pancreas non può produrre insulina.
Hill ha continuato a ricercare questa proteina, chiamata BefA, come post-dottorato presso l’Università dello Utah. E anche il laboratorio di Karen Guillemin all’UO ha continuato a studiare BefA. Insieme ad altri colleghi, ora hanno scoperto nuove intuizioni su cosa fa BefA e perché i batteri lo producono.
Queste scoperte hanno “implicazioni importanti e profonde”, ha affermato Guillemin. “Se capiamo come funziona BefA, potrebbe darci un modo per stimolare terapeuticamente la produzione di cellule beta”. Ciò potrebbe un giorno portare a trattamenti per il diabete di tipo 1, che colpisce milioni di persone in tutto il mondo.
Il corpo ha bisogno di insulina per regolare la glicemia, ma l’insulina è prodotta solo da un tipo selezionato di cellule del pancreas chiamate cellule beta. E c’è una finestra di tempo ristretta durante lo sviluppo della prima infanzia in cui le cellule beta si replicano ed espandono la loro popolazione. Nelle persone con diabete di tipo 1, il sistema immunitario attacca le cellule beta e impoverisce la loro popolazione, limitando la produzione di insulina.
La stimolazione del microbioma dello sviluppo immunitario aiuta a educare correttamente il sistema immunitario e prevenire l’autoimmunità. Il lavoro del team di Guillemin suggerisce un ruolo aggiuntivo per il microbioma: stimola la crescita della popolazione di cellule beta all’inizio dello sviluppo, tamponando contro il successivo esaurimento dovuto all’attacco autoimmune.
La crescita della popolazione delle cellule beta “sta avvenendo nello stesso momento in cui le comunità microbiche si stanno diversificando nell’intestino”, ha affermato Hill. “Un segno distintivo del diabete è che i bambini che lo sviluppano tendono ad avere un microbioma intestinale meno diversificato. È possibile che manchino alcuni dei batteri che producono il BefA.
Nel loro articolo più recente, Hill, Guillemin e i loro colleghi danno uno sguardo più approfondito a BefA. Hanno catturato immagini dettagliate della struttura di BefA, per identificare le parti di essa che interagiscono con le membrane cellulari. Quindi, attraverso una serie di esperimenti su pesce zebra, topi e cellule in coltura, i ricercatori hanno abbozzato un quadro della funzione di BefA.
BefA può distruggere le membrane di molti tipi di cellule, sia batteriche che animali, hanno dimostrato. Ha senso che i batteri intestinali attacchino i batteri concorrenti. Ma inaspettatamente, hanno anche scoperto che gli attacchi di BefA alle membrane delle cellule produttrici di insulina hanno innescato la riproduzione di quelle cellule.
La scoperta suggerisce che la guerra batterica nell’intestino può avere effetti benefici collaterali sul corpo, aumentando la popolazione di cellule che possono produrre insulina per tutta la durata della vita.
Il team ha anche testato una versione mutata di BefA che è stata modificata in modo che non potesse interferire con le membrane cellulari. Quella versione della proteina non ha avuto un impatto sulla produzione di cellule beta, suggerendo ulteriormente che il danno alla membrana sta guidando gli effetti di BefA.
“Ci sono altri esempi nella biologia dello sviluppo in cui fare buchi nelle membrane è fondamentale per stimolare lo sviluppo”, ha detto Hill, ma i ricercatori non sanno ancora esattamente come il danno stia innescando la replicazione cellulare qui.
E non sanno perché BefA, che può effettivamente alterare le membrane di molti tipi di cellule, prende di mira le cellule beta in modo così specifico.
“Pensiamo che ci sia qualcosa di speciale nelle cellule beta che potrebbero essere altamente sensibilizzate per rispondere a segnali che causano la permeabilizzazione della membrana”, ha detto Hill. “Sono l’unico tipo di cellula in tutto il corpo che può secernere insulina: sono molto importanti”.
Hill ha ricevuto quest’anno il premio NOSTER & Science Microbiome Prize per il suo lavoro su BefA. Il premio annuale viene assegnato a uno scienziato all’inizio della carriera che ha contribuito con nuove conoscenze alla ricerca sul microbioma che potrebbe influenzare la salute umana.
“Il microbioma svolge un ruolo nell’educazione del sistema immunitario. Se non hai quell’istruzione, il sistema immunitario può essere iper-reattivo”, ha detto Guillemin. “Pensiamo che ci sia anche quest’altro livello qui: se non sviluppi un pool di cellule beta contro future interruzioni, sei più a rischio di diabete di tipo 1”. E un microbioma sano e diversificato gioca un ruolo chiave nella costruzione di quella popolazione cellulare.
In futuro, il team di Guillemin immagina possibili applicazioni terapeutiche per la scoperta. Ad esempio, fortificare in modo proattivo i microbiomi dei bambini ad alto rischio con batteri produttori di BefA potrebbe impedire loro di sviluppare successivamente il diabete di tipo 1.
