CREDITO: Per gentile concessione dell’Istituto Van Andel
Un team guidato dagli scienziati del Van Andel Institute e del Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics ha identificato due distinti sottotipi di cellule beta produttrici di insulina, o cellule ß, ciascuna con caratteristiche cruciali che potrebbero essere sfruttato per comprendere e trattare meglio il diabete di tipo 1 e di tipo 2.
Le cellule ß sono guardiani fondamentali dell’equilibrio metabolico del corpo. Sono le uniche cellule in grado di produrre insulina, che regola i livelli di zucchero nel sangue designando lo zucchero alimentare per l’uso o la conservazione immediata.
Nel diabete di tipo 1, le cellule ß vengono attaccate dal sistema immunitario del corpo, rendendole incapaci di produrre insulina.
Il diabete di tipo 2 deriva dall’insulino-resistenza; l’eccesso di zucchero nel sangue risultante dalla dieta di una persona fa sì che le cellule ß nel pancreas facciano gli straordinari. Alla fine, le cellule ß non riescono più a tenere il passo e le concentrazioni di zucchero nel sangue possono salire a livelli pericolosamente alti.
Entrambe le malattie vengono trattate potenziando l’azione dell’insulina, fornendo l’insulina stessa o aumentandone l’attività e il rilascio nel sangue. Alcune persone con diabete di tipo 1 possono scegliere di sottoporsi a un trapianto di cellule ß, una procedura sperimentale in cui le cellule funzionanti di un donatore vengono impiantate nel pancreas.
Le nuove scoperte, pubblicate su Cell Metabolism , suggeriscono diversi potenziali percorsi che potrebbero informare i futuri trattamenti del diabete, come la regolazione del rapporto tra i sottotipi di cellule ß nei trapianti per garantire una funzione ottimale.
“Tutte le cellule variano in qualche modo, ma questi due sottotipi di cellule ß sono discretamente e costantemente diversi l’uno dall’altro. Ciò indica che svolgono due funzioni diverse ma necessarie come produttori di insulina. Sono specialisti, ciascuno con i propri ruoli”, ha affermato J. Andrew Pospisilik, Ph.D. , professore del Van Andel Institute e autore senior dello studio. “Vediamo anche differenze nel rapporto tra un sottotipo e l’altro nel diabete. Comprendere questi due tipi di cellule – e la loro relazione reciproca – ci dà un quadro più chiaro del diabete e offre nuove opportunità di trattamento”.
Gli scienziati hanno da tempo riconosciuto le differenze tra le cellule ß, ma questo studio è il primo a delineare chiaramente sottotipi cellulari specifici. I risultati sono stati identificati sia nei modelli murini che nei campioni di cellule beta umane.
I due tipi – descritti dagli autori dello studio come ß HI e ß LO – differiscono per funzione specifica, dimensioni, forma e caratteristiche epigenomiche, tra le altre caratteristiche. Esibiscono anche modelli contrastanti di marcatori di superficie, che aiutano le cellule a inviare e ricevere messaggi chimici. Le cellule ß HI sembrano essere più prevalenti nel diabete di tipo 2.
È importante sottolineare che i sottotipi possono essere separati dalla presenza o dall’assenza di una proteina chiamata CD24, che funge da marcatore che consente di bersagliare un tipo e non l’altro. Questa distinzione può informare lo sviluppo di strategie di trattamento del diabete più precise e offre uno strumento fondamentale che consente ai ricercatori del diabete di studiare meglio ogni tipo di cellula in profondità.
I risultati rimodellano anche ciò che è noto su come le cellule ß si sviluppano all’inizio della vita. Le cellule ß sono tra le cellule più longeve del corpo, con una durata che va dai 30 ai 40 anni. Come tutte le cellule, le prime cellule ß derivano dalle cellule staminali, che sono tabulati vuoti che si differenziano nei molti tipi di cellule che compongono il corpo. Questo processo è in gran parte guidato da proteine ??specializzate chiamate fattori di trascrizione, che attivano e disattivano i geni.
Tuttavia, lo studio suggerisce che le cellule ß potrebbero essere un’eccezione. I ricercatori hanno identificato il dosaggio epigenetico piuttosto che i fattori di trascrizione come forza trainante dietro la decisione delle cellule ß di diventare ßHI o ßLO . Questa è la prima volta che il dosaggio epigenetico ha dimostrato di modificare il rapporto tra i tipi di cellule correlate.
Come i fattori di trascrizione, i segni epigenetici dicono ai geni quando essere attivi e quando tacere. Il dosaggio epigenetico si riferisce alla quantità di questi segni. Nelle cellule ß, il team ha precedentemente identificato un marchio epigenetico chiamato H3K27me3 come fattore chiave della differenziazione. In questo nuovo studio, hanno scoperto che il dosaggio dello stesso segno controlla i numeri ßHI rispetto a ßLO e, di conseguenza, offre un nuovo obiettivo per potenziali nuovi trattamenti del diabete.
“La bellezza di questo meccanismo è la sua novità: è puramente guidato dall’epigenetica senza l’aiuto di fattori di trascrizione”, ha detto Pospisilik. “La chiave qui è che i cambiamenti epigenetici possono essere invertiti, il che apre tutta una serie di domande con implicazioni per il trattamento”.
Erez Dror, Ph.D., del Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics, è il primo autore di questo studio.
Altri autori includono Luca Fagnocchi, Ph.D., Vanessa Wegert, M.Sc., Stefanos Apostle, MS, Brooke Grimaldi, Ph.D., Tim Gruber, Ph.D., Illaria Panzeri, Ph.D., Ayush Semwal , MS, Ben Johnson, Ph.D., Adelheid Lempradl, Ph.D. e Hui Shen, Ph.D. , di VAI; Steffen Heyne, Ph.D., Kira Daniela Höffler, Victor Kreiner, Reagan Ching, Ph.D., e Tess Tsai-Hsiu Lu, Ph.D., del Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics; Parijat Senapati, Ph.D., e Dustin Schones, Ph.D., del Beckman Research Institute di City of Hope; e Axel Imhof, Ph.D., del Biomedical Center Munich, Università Ludwig Maximilian di Monaco. Il supporto tecnico è stato fornito dal Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics Cores e dai seguenti VAI Core Technologies and Services: Optical Imaging, citometria a flusso , genomica , bioinformatica e biostatistica . L’Alberta Diabetes Institute Islet Core e il Clinical Islet Laboratory dell’Università di Alberta, in collaborazione con il programma Human Organ Procurement and Exchange (HOPE) e Trillium Gift of Life Network, hanno fornito le cellule delle isole.
Tutte le famiglie dei donatori hanno dato il consenso informato per l’utilizzo del tessuto pancreatico nella ricerca. Senza di loro questo lavoro non sarebbe stato possibile.
La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata supportata dal Van Andel Institute; Max Planck Gesellschaf; il Consiglio Europeo della Ricerca con il premio n. ERC-StG-281641 e ERC-CoG-682679 (Pospisilik); la Fondazione Europea per lo Studio del Diabete/Eli Lilly (Dror); l’Istituto Nazionale di Ricerca sul Genoma Umano degli Istituti Nazionali di Sanità con lodo n. R21HG011964 (Pospisilik); e il NIH Common Fund, attraverso l’Office of the NIH Director (OD), e il National Human Genome Research Institute dei National Institutes of Health con il premio n. R01HG012444 (Pospisilik e Nadeau). Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresenta necessariamente il punto di vista ufficiale del National Institutes of Health o di altre organizzazioni finanziatrici .