Le isole pancreatiche sono mini-organi che producono e rilasciano insulina e molti altri ormoni peptidici per controllare i nostri livelli di glucosio. Sebbene vari studi abbiano precedentemente esaminato il modo in cui le cellule pancreatiche comunicano tra loro, l’esatta natura di questi segnali chimici è rimasta sconosciuta. In un nuovo studio, i ricercatori hanno misurato una nuova serie di molecole per determinare come questi cambiamenti da cellula a cellula nelle isole sane e affette da diabete di tipo 2 per identificare i bersagli terapeutici.
Le isole pancreatiche di Langerhans sono gruppi di cellule che aiutano a controllare i livelli di glucosio attraverso due distinti ormoni: le cellule produttrici di insulina riducono i livelli di glucosio nel sangue e le cellule che producono glucagone aumentano i livelli di glucosio nel sangue. Abbiamo centinaia di migliaia di isolotti e ogni isolotto ha molte cellule che rilasciano insulina. Pertanto, oltre agli ormoni insulina e glucagone, le cellule utilizzano anche altre molecole di segnalazione che consentono alle cellule insulari di comunicare tra loro per sincronizzare le loro attività.
“Un isolotto può essere costituito da poche centinaia a qualche migliaio di cellule che, in sostanza, devono comunicare tra loro per mantenere uno stretto controllo sul loro rilascio di una serie di ormoni che aiutano a controllare i livelli di glucosio, non solo negli esseri umani ma anche nella maggior parte degli animali”, ha affermato Jonathan Sweedler (BSD/CABBI/MMG), James R. Eiszner Family Endowed Chair in Chemistry e direttore della School of Chemical Sciences. “Non è ben chiaro come possano parlare tra loro per rilasciare questi ormoni in sincronia”.
È interessante notare che ricerche precedenti hanno scoperto che le molecole che svolgono importanti funzioni nel cervello, i neurotrasmettitori come la serotonina, il GABA e l’acetilcolina, sono utilizzate anche da queste cellule pancreatiche . Inoltre, altri ricercatori hanno scoperto che anche gli aminoacidi D possono svolgere un ruolo nella segnalazione cellula-cellula. Tuttavia, non era noto come le isole usassero queste sostanze chimiche e come differissero in un paziente diabetico di tipo 2.
“È importante esaminare questi diversi tipi di molecole perché quando si assumono farmaci che influenzano queste molecole in altre parti del corpo, potrebbero anche influenzare la funzione delle isole. Ti dà informazioni su quali potenziali trattamenti puoi usare”, ha detto Sweedler. .
Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato isole pancreatiche di donatori umani sani, pazienti prediabetici e pazienti con diabete di tipo 2. Hanno misurato i neurotrasmettitori usando l’elettroforesi della zona capillare-spettrometria di massa, una tecnica che separa le molecole in un campione e poi le identifica. Tutti gli 11 neurotrasmettitori esaminati dai ricercatori erano presenti in entrambi i tipi di isole. Tuttavia, hanno osservato grandi differenze nel GABA, dove i livelli erano più alti nelle isole sane rispetto alle isole affette da diabete di tipo 2.
Credito: Stanislav Rubakhin
“È stato sorprendente che sebbene il pancreas contenga diverse migliaia di cellule rispetto al cervello che ne ha miliardi, utilizzi la maggior parte dei trasmettitori che associamo al cervello”, ha detto Sweedler. “La complessità chimica dell’isolotto è sorprendente ed è interessante notare che il repertorio chimico non si riduce come ci si aspetterebbe”.
Nel nostro corpo, gli aminoacidi possono avere due forme: L-aminoacidi che vengono utilizzati come elementi costitutivi delle proteine ??e D-aminoacidi che vengono utilizzati come segnali di comunicazione. Uno dei motivi per cui è stato così difficile decifrare il ruolo degli amminoacidi D è la mancanza di tecniche sensibili. “Le cellule hanno un enorme background di L-amminoacidi, che sono come il legno che usi per costruire una casa. Devi avere un approccio sensibile in grado di distinguere gli D-amminoacidi dall’enorme background”, ha detto Sweedler.
Per fare ciò, il gruppo ha utilizzato l’elettroforesi capillare-fluorescenza indotta dal laser, una tecnica nota per la sua elevata sensibilità . Hanno scoperto che tra i diversi D-aminoacidi, la percentuale di D-serina era più alta nelle isole sane rispetto alle isole affette da diabete di tipo 2. “A differenza degli studi precedenti, il nostro approccio ci ha fornito un ritratto molecolare e vedere che i livelli di alcune molecole, ma non di altre, sono cambiati è stato interessante e sorprendente”, ha detto Sweedler.
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato raggruppamenti di isolotti per fare i loro confronti. Successivamente, vorrebbero esaminare i singoli isolotti o anche le singole celle all’interno di un isolotto. “Puoi immaginare che in qualcuno che sta iniziando a mostrare il diabete di tipo 2, alcune delle isole potrebbero essere sane e altre no”, ha detto Sweedler. “Misurare i singoli isolotti sarebbe più informativo, anche se richiederebbe molto più lavoro”.
I ricercatori stanno anche lavorando per capire come gli amminoacidi trovino la loro strada dall’intestino al pancreas utilizzando modelli murini. “Vogliamo capire come questi amminoacidi si relazionano agli ormoni pancreatici che vengono rilasciati dalle isole. Stiamo facendo questi esperimenti sia nei topi che nelle isole di qualità del trapianto”, ha detto Sweedler.
Lo studio è stato pubblicato su Metabolites .
Maggiori informazioni: Cindy J. Lee et al, d-Amino Acids and Classical Neurotransmitters in Healthy and Type 2 Diabetes-Affected Human Pancreatic Isles of Langerhans, Metabolites (2022). DOI: 10.3390/metabo12090799