Бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы продуцируют гормон инсулин, понижающий уровень глюкозы крови. Работа, Bader et al., 2016, опубликованная в июле в Nature, посвящена разработке нового инструмента, позволяющего маркировать (в том числе на генетическом уровне) зрелые β-клетки. Наличие уникального маркера зрелых β-клеток открывает новые возможности для изучения гетерогенности эндокринных клеток, механизмов их созревания и позволяет оценить дифференцировочный статус β-клеток, используемых в целях заместительной клеточной терапии.

Авторы предложили в качестве искомого маркера использовать ген Fltp (также известный как Flattop или Cfap126), являющийся Wnt/PCP-эффектором и репортерным геном. По экспрессии Fltp β-клетки можно четко разделить на две субпопуляции с различными молекулярными, физиологическими и ультраструктурными особенностями: субпопуляцию Fltp-, обладающих высокими пролиферативными способностями и зрелых Fltp+ β-клеток.

Как известно, β-клетки поджелудочной железы организованы в поляризованные розеткообразные структуры, расположенные около кровеносных сосудов, и соединены друг с другом щелевыми контактами, что повышает их реакцию на глюкозу и секрецию инсулина в кровоток. Консервативный Wnt/РСР путь регулирует ориентацию клеток в ткани. Авторами показано, что данный путь (как и 3D строение островка Лангерганса) необходим для созревания и функционирования β-клеток, приобретения ими полярности. Было показано, что репортер (FVR), управляемый промотором гена Fltp , активируется в эндокринных клетках в процессе компактизации островка и установления полярности.

Чтобы более детально понять биологическую значимость гетерогенности островковых клеток, авторы сравнили скорость пролиферации FVR- и FVR+ β-клеток при гомеостазе, постнатальной пролиферации и физиологической резистентности к инсулину. Полученные данные показали, что субпопуляции β-клеток, в зависимости от их ниши и условий окружения, имеют сильно отличающиеся уровни экспрессии FVR, коррелирующие с их способностью к пролиферации.

Авторы выделили островки Fltp^ZV/+ взрослых мышей и отсортировали FVR+ и FVR- эндокринные клетки для анализа профиля экспрессии мРНК. Было обнаружено, что различия экспрессии (более чем в 1,5 раза) касаются 997 генов в субпопуляциях. Показано, что субпопуляция FVR- клеток значительно обогащена экспрессией генов, ассоциированных с рецептором G-белка (GPCR), передачей сигналов Wnt и МАРК, в то время как субпопуляция FVR+ клеток экспрессирует гены, необходимые для функционирования зрелых β-клеток. Эта разница касается экспрессии мРНК гормонов, маркеров созревания β-клеток, митохондриальных и метаболических генов, рецепторов и сигнальных компонентов (рис. 1).

Различия касаются и функциональной активности субпопуляций β-клеток, так как глюкозо-стимулированная и аргинин-стимулированная секреция инсулина была значительно выше в FVR+ β-клетках (что согласуется с данными по экспрессии генов). С помощью Cre/loxP рекомбиназы авторы показали, что Fltp- клетки превращаются в Fltp+ клетки с течением времени. Таким образом, FVR- предшественники β-клеток дифференцируются в зрелые FVR+ β-клетки.

Таким образом, авторами не просто изучен феномен гетерогенности β-клеток островков Лангерганса, но и предложен удобный подход для определения терминальной дифференцировочной стадии β-клеток. Показано, что 3D структура островка и активация Wnt/PCP пути индуцируют созревание и правильное функционирование β-клеток. Эндокринные клетки на разных стадиях дифференцировки можно различить по экспрессии Wnt/PCP-эффектора и репортерного гена Fltp, являющегося уникальным маркером зрелых β-клеток. Использование данного маркера может быть удобным для решения множества задач клеточной биологии, в том числе для изучения нарушений созревания β-клеток, которые лежат в основе патогенеза диабета 2 типа.


Рисунок 1. FVR распознает две эндокринные субпопуляции с разными молекулярными особенностями. Дизайн эксперимента (a) для анализа на микрочипах эндокринных субпопуляций, выделенных из Fltp^ZV/+ островков. FACS разделение (b) FVR+ и FVR- субпопуляций. Точечная диаграмма (c) из 997 генов, которые по-разному экспрессируются в FVR+ и FVR- эндокринных клетках (разница в экспрессии не менее чем в 1,5 раза, P<0,01). Различия в экспрессии генов, участвующих в функционировании β-клеток (d), митохондрий (e), рецепторов и сигнализации (f) (*подтверждено методом ПЦР-РВ). Гистограммы (g, h) для отдельных процессов, имеющих различия по экспрессии генов в субпопуляциях FVR+ и FVR- эндокринных клеток.

Copyright © 2016 Petrakova O.S.