Czy jakość komórek β może mieć wpływ na to, czy rozwinie się cukrzyca?

Jeśli wydaje Ci się, że coraz więcej osób, które znasz, zmaga się z cukrzycą, masz rację. Epidemia cukrzycy nie bez powodu nazywana jest epidemią: według Amerykańskiego Stowarzyszenia Diabetologicznego (ADA), w 2021 roku ponad 10% populacji USA – około 38,4 miliona osób – chorowało na cukrzycę, a każdego roku diagnozuje się ją u kolejnych 1,2 miliona osób.

Cukrzyca typu 2 rozwija się, gdy organizm staje się oporny na insulinę, hormon regulujący poziom glukozy we krwi. Insulina jest produkowana przez komórki β trzustki, które w cukrzycy typu 2 zwiększają produkcję insuliny, aby normalizować poziom cukru we krwi. Jednak nawet to nie wystarcza i komórki β w końcu ulegają wyczerpaniu. Ze względu na ich kluczową rolę, masa funkcjonalna komórek β – czyli ich całkowita liczba i zdolność do funkcjonowania – decyduje o ryzyku rozwoju cukrzycy.

Komórki β nie są jednak jednorodne nawet u tej samej osoby – dzielą się na podtypy, z których każdy różni się aktywnością wydzielniczą, przeżywalnością i zdolnością do podziałów. Innymi słowy, każdy podtyp komórek β ma inny „poziom sprawności” – a im wyższy, tym lepiej. Wraz z rozwojem cukrzycy zmieniają się proporcje niektórych podtypów komórek β. Kluczowe pytanie pozostaje jednak: czy cukrzyca zmienia skład i stan komórek β, czy też to te zmiany prowadzą do choroby?

Tu właśnie wkraczają naukowcy Guoqiang Gu, Emily Hodges i Ken Lau z Uniwersytetu Vanderbilt. Ich niedawna praca, opublikowana w czasopiśmie Nature Communications, stanowi krok w kierunku zrozumienia, czy można zwiększyć masę funkcjonalną komórek β, aby zmniejszyć ryzyko cukrzycy typu 2. Gu i Lau są profesorami biologii komórkowej i rozwojowej, a Hodges jest adiunktem biochemii.

Badanie podtypów komórek β nie jest łatwym zadaniem. Najczęściej stosowaną metodą jest „końcowa analiza próbek na poziomie pojedynczej komórki”, co oznacza, że naukowcy mogą badać konkretne komórki β tylko raz – i tylko wtedy, gdy są w pełni rozwinięte. Nie pozwala to na śledzenie rozwoju tego samego podtypu komórek na różnych etapach: różnicowania, dojrzewania, podziału, starzenia się, śmierci itp. Możliwość obserwacji ich na wszystkich etapach pozwoliłaby lepiej zrozumieć, jak zmienia się stan komórek w czasie lub w różnych warunkach fizjologicznych.

Aby pokonać to ograniczenie, Gu, Hodges i Lau opracowali metodę trwałego znakowania komórek progenitorowych, które dają początek komórkom β, różnymi kombinacjami ekspresji genów. Znaczniki te pozwoliły naukowcom śledzić te same podtypy komórek β na różnych etapach rozwoju i z większą pewnością odpowiadać na fundamentalne pytania.

Ich badania przyniosły trzy główne wnioski:

1. Komórki progenitorowe, które tworzą komórki β z różnymi markerami genetycznymi w zarodkach myszy, dają początek podtypom komórek β o różnym stopniu „sprawności” u dorosłych myszy. Pomaga to zrozumieć, jak powstają te podtypy i jak można manipulować tym procesem w przyszłości, aby zwiększyć odsetek „zdrowych” komórek β i zmniejszyć ryzyko cukrzycy.
2. Dieta samic myszy w czasie ciąży bezpośrednio wpływa na stosunek komórek β o wysokiej do niskiej funkcji u potomstwa. Na przykład, jeśli matka jest karmiona dietą wysokotłuszczową i cierpi na otyłość, jej potomstwo ma mniej komórek β wykrywających glukozę. Model ten potwierdza, że otyłość matki zwiększa ryzyko cukrzycy u potomstwa. Pozwala to lekarzom i naukowcom lepiej zrozumieć rolę dziedziczności i zdrowia matki.
3. Podtypy komórek β zidentyfikowane u myszy mają swoje odpowiedniki w ludzkiej trzustce. Co więcej, podtyp, który charakteryzuje się największą sprawnością u ludzi, jest osłabiony u pacjentów z cukrzycą typu 2. Chociaż nie wszystkie wyniki badań na zwierzętach można bezpośrednio odnieść do ludzi, wyniki sugerują, że modele mysie mogą być przydatne w zrozumieniu biologii człowieka i cukrzycy.

Naukowcy planują teraz zbadać, w jaki sposób dokładnie wzorce epigenetyczne (wspomniane wcześniej markery ekspresji genów) tworzą się i utrzymują w różnych podtypach komórek β oraz w jaki sposób ich zaburzenie wpływa na funkcjonowanie komórki.

„Dzięki tym i innym badaniom być może uda się w przyszłości opracować suplement diety dla kobiet w ciąży, który zmniejszy ryzyko wystąpienia cukrzycy u dziecka” – mówi Gu.

Pozostają inne ważne pytania: czy możliwe jest na przykład polepszenie jakości funkcjonalnej komórek β-podobnych pochodzących z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych poprzez modulację metylacji DNA (jednego z markerów epigenetycznych)? Jeśli tak, to czy takie komórki β mogłyby znaleźć zastosowanie w terapii transplantacyjnej, w której pacjentom z cukrzycą typu 2 przeszczepia się komórki β o wysokim poziomie sprawności?

Odpowiedzi na te pytania wciąż czekają na odkrycie.