ИНСУЛИН+-КЛЕТКИ И ОСНОВНЫЕ ТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ (Pdx1, MafA И Ngn3) В ПЕЧЕНИ ЖИВОТНЫХ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ САХАРНОГО ДИАБЕТА 1-ГО И 2-ГО ТИПА
PDF

Ключевые слова

сахарный диабет
печень
гепатоциты
инсулин -клетки
Pdx1
MafA и Ngn3

Аннотация

В связи с высокой распространенностью сахарного диабета (СД) и его осложнений большой интерес представляют инсулин+-клетки, обнаруженные в различных органах, которые, вероятно, могут частично компенсировать дефицит инсулина при сахарном диабете. Транскрипционные факторы, такие как Pdx1, MafA и Ngn3 играют важную роль в развитии и функционировании поджелудочной железы. Так, Pdx1 необходим как на начальных этапах развития поджелудочной железы, так и в процессе дифференцировки и созревания β-клеток. MafA имеет важное значение в функциональной активности островковых β-клеток. Ngn3 важен для образования эндокринных клеток-предшественников. Цель исследования: дать характеристику инсулин+-клеток печени и оценить экспрессию транскрипционных факторов Pdx1, MafA и Ngn3, вовлеченных в их дифференцировку, при аллоксановой модели СД1 и стрептозотоцин-никотинамидной модели СД2. Эксперимент проводился на крысах-самцах линии Wistar. В крови экспериментальных животных определяли концентрацию глюкозы, гликированного гемоглобина, инсулина, выполняли глюкозотолерантный тест, рассчитывали индекс HOMA-IR. Экспрессию Pdx1 +, MafA + и Ngn3 + исследовали иммуногистохимически. Клетки инсулин +, Pdx1 +, MafA + и Ngn3 + были обнаружены в печени как здоровых животных, так и животных с экспериментальными моделями СД 1-го и 2-го типа. Наибольшее число инсулин+-клеток определяется у животных со стрептозотоцин-никотинамидной моделью СД2, при этом клетки локализуются во всех зонах печеночной дольки. При аллоксановой модели СД1 данные клетки определяются в большей степени в периферической зоне печеночной дольки. Выявлены различия в количестве Pdx1+, MafA+ и Ngn3+клеток печени у интактных животных и при экспериментальном моделировании СД. Была установлена корреляция между количеством клеток Ngn3 + и инсулин + клеток в аллоксан-индуцированном СД, а также между количеством MafA + клеток и инсулин + клеток в обоих типах экспериментального СД. Установлено, что у животных с экспериментальными моделями СД в печени возрастает число инсулин+, Pdx1+ и MafA+-клеток относительно интактных животных. В зависимости от модели СД меняется локализация инсулин+-клеток, а также их количество. Вместе с тем обнаружено, что число Pdx1+ и MafA+-клеток увеличивается при аллоксановой модели СД, относительно стрептозотоцинникотинамидной модели СД2. Выявлена корреляционная связь между количеством инсулин+клеток и MafA +-клеток как при СД1, так и при СД2, и между количеством инсулин +-клеток и Ngn3+-клеток только при СД1.

https://doi.org/10.31857/S0044452921030037
PDF

Литература

Vieira A, Druelle N, Avolio F, et al. β-Cell Replacement Strategies: The Increasing Need for a "β-Cell Dogma". Front Genet. 8:75. 2017. doi:10.3389/fgene.2017.00075.

Bergman R. N., Ader M., Huecking K., Van Citters GAccurate assessment of β-cell function: the hyperbolic correction. Diabetes 51(1): 212–220. 2002. 10.2337/diabetes.51.2007.S212.

Zhou Q, Melton DA. Pancreas regeneration. Nature. 557(7705): 351-358. 2018. doi: 10.1038/s41586-018-0088-0.

H. Kojima, M. Fujimiya, K. Matsumura, T. Nakahara, M. Hara, L. Chan; Extrapancreatic insulin producing cells in multiple organs in diabetes. PNAS. 101(8): 2458-2463. 2004. https://doi.org/10.1073/pnas.0308690100.

Christine A. Beamish, Brenda J. Strutt, Edith J. Arany, David J. Hill Insulin-positive, Glut2-low cells present within mouse pancreas exhibit lineage plasticity and are enriched within extra-islet endocrine cell clusters. Islets. 8(3): 65–82. 2016. http://dx.doi.org/10.1080/19382014.2016.1162367.

Ruzittu S, Willnow D, Spagnoli FM. Direct Lineage Reprogramming: Harnessing Cell Plasticity between Liver and Pancreas. Spring Harb Perspect Biol. 12(7): a035626. 2020. doi:10.1101/cshperspect.a035626.

Zalzman M., Gupta S., Giri R. K., Berkovich I., Sappal B.S., Karnieli O., Zern M. A., Fleischer N., Efrat S. Reversal of hyperglycemia in mice by using human expandable insulin-producing cells differentiated from fetal liver progenitor cells.. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (12): 7253-7258. 2003. DOI: 10.1073/pnas.1136854100.

Akinci E, Banga A, Tungatt K, Segal J, Eberhard D, Dutton JR, et al. Reprogramming of Various Cell Types to a Beta-Like State by Pdx1, Ngn3 and MafA. PLoS ONE. 8(11): e82424. 2013. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0082424.

Jennings RE, Berry AA, Kirkwood-Wilson R, Roberts NA, Hearn T, Salisbury RJ, Blaylock J, Piper Hanley K, Hanley NA. Development of the human pancreas from foregut to endocrine commitment. Diabetes. 62(10): 3514–22. 2013. DOI: 10.2337 / db12-1479.

SE Schonhoff, M Giel-Moloneyac, AB Leiter. Neurogenin 3-expressing progenitor cells in the gastrointestinal tract differentiate into both endocrine and non-endocrine cell types. Developmental Biology. 270(2): 443-454. 2004. DOI: 10.1016 / j. ydbio.2004.03.013.

Olbrot M, Rud J, Moss LG, Sharma A. Identification of beta-cell-specific insulin gene transcription factor RIPE3b1 as mammalian MafA. Proc Natl Acad Sci USA. 99(10): 6737-42. 2002. doi: 10.1073 / pnas.102168499.

Conrad E, Stein R, Hunter CS. Revealing transcription factors during human pancreatic β cell development. Trends Endocrinol Metab. 25(8): 407-414. 2014. doi:10.1016/j.tem.2014.03.013.

Данилова И.Г., Гетте И.Ф. Способ моделирования аллоксанового диабета. Патент на изобретение №2534411; 2014 [Danilova I.G., Gette I.F. Method for modeling alloxan diabetes. Patent RF. N 2534411; 2014 (in Russ.)].

Спасов А.А., Воронкова М.П., Сингур Г.Л., Чепляева Н.И., Чепурнова М.В. Экспериментальная модель сахарного диабета типа 2. Биомедицина. (3): 12-18. 2011. [Spasov A.A., Voronkova M.P., Singur G.L., Chepljaeva N.I., Chepurnova M.V. Experimental model of type 2 diabetes. Биомедицина – Biomedicine. (3): 12-18. 2011. (in Russ.)].

Eyth E., Basit H., Smith C.J. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing Updated 2020. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK532915/.

Hewitt SM, Baskin DG, Frevert CW, Stahl WL, Rosa-Molinar E. Controls for immunohistochemistry: the Histochemical Society's standards of practice for validation of immunohistochemical assays. J Histochem Cytochem. 62(10): 693–697. 2014. doi:10.1369/0022155414545224.

Seeberger KL, Anderson SJ, Ellis CE, Yeung TY, Korbutt GS. Identification and differentiation of PDX1 β-cell progenitors within the human pancreatic epithelium. World J Diabetes. 5(1): 59–68. 2014. doi:10.4239/wjd.v5.i1.59.

George L. Kumar, Lars Rudbeck. Иммуногистохимические методы: Руководство. Москва 2011. [George L. Kumar, Lars Rudbeck. Immunohistochemical Methods: A Manual. Moscow 2011].

Yechoor V., Liu V., Paul A., Lee J., Buras E., Ozer K., Samson S., Chan L. Gene Therapy with Neurogenin 3 and Betacellulin Reverses Major Metabolic Problems in Insulin-Deficient Diabetic Mice. Endocrinology. 150(11): 4863-4873. 2009. https://doi.org/10.1210/en.2009-0527.

Davies S. P., Reynolds G. M. and Stamataki Z. Clearance of Apoptotic Cells by Tissue Epithelia: A Putative Role for Hepatocytes in Liver Efferocytosis. Front. Immunol. 9(44): 1-15. 2018.

Ghosh R., Karmohapatra S.K. et al. The glucose-induced synthesis of insulin in liver. Endocrine. 38(2): 294-302. 2010. doi: 10.1007/s12020-010-9388-3.

Gittes GK.. Developmental biology of the pancreas: A comprehensive review. Developmental Biology. 236(1): 4-35. 2009. DOI: 10.1016 / j. ydbio.2008.10.024.

Matsuoka T., Kawashima S., Miyatsuka T., Sasaki S., Shimo N., Katakami N., Kawamori D. Mafa Enables Pdx1 to Effectively Convert Pancreatic Islet Progenitors and Committed Islet α-Cells Into β-Cells In Vivo. Diabetes. 66 (5): 1293-1300. 2017. DOI:10.2337/db16-0887.

Gomez DL, Sheets TP, Hruban RH, Oberholzer J, McGarrigle JJ, et al. Neurogenin 3 Expressing Cells in the Human Exocrine Pancreas Have the Capacity for Endocrine Cell Fate. Plos One. 10(8): e0133862. 2015. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133862

Deutsch G., Jung J., Zheng M., Lóra J. and Zaret K. S. A bipotential precursor population for pancreas and liver within the embryonic endoderm. Development. 6(128): 871–881. 2001.

Meivar-Levy I., Sapir T., Berneman D., Weissbach T., Polak-Charcon S., Ravassard P., Tzakis A. G., Mor E., Ricordi C., Ferber S. Human Liver Cells Expressing Albumin and Mesenchymal Characteristics Give Rise to Insulin-Producing Cells. Journal of Transplantation. 2011. https://doi.org/10.1155/2011/252387.

Ferber, S., Halkin, A., Cohen, H. et al. Pancreatic and duodenal homeobox gene 1 induces expression of insulin genes in liver and ameliorates streptozotocin-induced hyperglycemia. Nat Med. 6: 568–572. 2000. https://doi.org/10.1038/75050.

Zhu, Y., Liu, Q., Zhou, Z. et al. PDX1, Neurogenin-3, and MAFA: critical transcription regulators for beta cell development and regeneration. Stem Cell Res Ther 8:240-245. 2017. https://doi.org/10.1186/s13287-017-0694-z.

Banga, A., Greder, L., Dutton, J. et al. Stable insulin-secreting ducts formed by reprogramming of cells in the liver using a three-gene cocktail and a PPAR agonist. Gene Ther. 21:19–27. 2014. https://doi.org/10.1038/gt.2013.50.

Gradwohl G., Dierich A., LeMeur M., Guillemot F. Neurogenin3 is required for the development of the four endocrine cell lineages of the pancreas. Proceedings of the National Academy of Sciences. 97(4): 1607-1611. 2000. DOI: 10.1073/pnas.97.4.1607.