Naukowcy z City of Hope odkryli gen SMOC1, który produkujące insulinę komórki beta trzustki przekształca w komórki alfa, które zwiększają poziom cukru we krwi – informuje pismo „Nature Communications”.
Wysepki trzustkowe to skupiska komórek, które produkują i uwalniają hormony do krwiobiegu. Komórki beta wytwarzają insulinę, która obniża poziom cukru we krwi, natomiast komórki alfa – glukagon, który go podwyższa.
Utrzymanie tej równowagi hormonalnej ma najważniejsze znaczenie dla regulacji prawidłowego poziomu cukru we krwi. W cukrzycy typu 2 (T2D) niektóre komórki beta „zapominają” o swojej roli i zaczynają się zachowywać bardziej jak komórki alfa, wytwarzając glukagon zamiast insuliny, co powoduje zaburzenia regulacji poziomu cukru we krwi.
Naukowcy z City of Hope, organizacji zajmującej się między innymi badaniami i leczeniem raka w USA, odkryli gen o nazwie SMOC1, który przekształca komórki trzustki normalnie produkujące insulinę w te, które zwiększają poziom cukru we krwi. Autorzy badań wykorzystali zaawansowane techniki sekwencjonowania RNA do analizy pojedynczych komórek wysp trzustkowych pochodzących od 26 osób – połowy z cukrzycą typu 2 i połowy bez cukrzycy. Naukowcy podzielili komórki na podgrupy i zmapowali, jak jeden typ komórek przekształcał się z czasem w inny.
Udało się odkryć pięć różnych typów komórek wysepek, z których każdy miał swoją własną trajektorię i sygnaturę genetyczną. W zdrowych wysepkach niektóre komórki podążają rozgałęzionymi ścieżkami, które mogą prowadzić do dojrzałości jako komórki alfa lub beta, co sugeruje elastyczność w identyfikacji komórek. Jednak w cukrzycy ta płynność została utracona; komórki beta przekształcały się wyłącznie w komórki alfa.
– U zdrowych osób komórki wysepek mogą dojrzewać w różnych kierunkach – niektóre stają się bardziej podobne do komórek alfa, inne do komórek beta. Jednak w cukrzycy typu 2 ścieżka prowadzi tylko w jedną stronę: komórki beta zaczynają naśladować komórki alfa. Ta zmiana może wyjaśniać, dlaczego u osób z tą chorobą poziom insuliny spada, a poziom glukagonu rośnie– przekazał główny autor publikacji, dr Adolfo Garcia-Ocaña.
Naukowcy zidentyfikowali również komórki AB, które produkują zarówno insulinę, jak i glukagon. To sugeruje, iż mogą one ewoluować w komórki alfa lub beta. Spośród 10 genów, które wykazywały stałą aktywność w komórkach transformujących się z komórek beta do alfa, wyróżniał się SMOC1.
– Zwykle SMOC1 jest aktywny w komórkach alfa zdrowych osób. Zaobserwowaliśmy jednak, iż zaczął się pojawiać również w komórkach beta chorych na cukrzycę. Nie powinien się tam znajdować – wyjaśnił współautor, dr Geming Lu.
Aktywność SMOC1 w niewłaściwym miejscu doprowadziła do niepożądanych konsekwencji: spadła produkcja insuliny, aktywność genów kształtujących tożsamość komórek beta uległa zahamowaniu, a komórki beta wykazywały markery typowe dla komórek niedojrzałych lub alfa.
Podsumowując, wyniki te sugerują, iż ekspresja SMOC1 w komórkach beta zmniejsza poziom krążącej insuliny, co prowadzi do wyższego poziomu cukru we krwi. Pozwala to naukowcom lepiej zrozumieć, jak postępuje cukrzyca typu 2.
– Nasze wyniki wskazują, iż SMOC1 powoduje dysfunkcję komórek beta i ich przesunięcie w kierunku stanu przypominającego komórki alfa. To pomaga wyjaśnić, dlaczego poziom insuliny spada, a poziom glukagonu rośnie u osób z cukrzycą typu 2 – powiedział dr Garcia-Ocaña.
– Gen SMOC1 był dotychczas słabo zbadany pod kątem cukrzycy. Białko, które koduje, wiąże się z czynnikami wzrostu, które stymulują rozwój tkanek w całym organizmie. Wiąże się również z wapniem, który jest niezbędny do uwalniania insuliny. Na podstawie tych adekwatności podejrzewamy, iż SMOC1 silnie wpływa na różnicowanie i funkcjonowanie komórek beta – wyjaśnił współautor badania, Randy Kang.
Odkrycia City of Hope sugerują nowe możliwości diagnostyki i leczenia cukrzycy typu 2. Mapując zmiany w komórkach wysp trzustkowych, naukowcy mogą badać sposoby odwrócenia lub zapobiegania szkodliwym zmianom, zanim zaburzą one kontrolę poziomu cukru we krwi. SMOC1 można też wykorzystać jako biomarker w diagnostyce nieprawidłowego funkcjonowania komórek beta w cukrzycy typu 2. Blokowanie SMOC1 lub odwrócenie skutków jego działania może też oferować nowe strategie ochrony prawidłowego funkcjonowania komórek beta i zwiększenia produkcji insuliny u osób z cukrzycą. Wreszcie odkrycie, iż niektóre komórki mogą zmieniać typ, otwiera drogę do terapii reprogramujących komórki, które mogłyby przywrócić produkcję insuliny. Może także otworzyć drogę do nowych terapii regeneracyjnych.
Planowane dalsze badania mają wyjaśnić, jak ekspresja SMOC1 zachodzi w komórkach beta w cukrzycy typu 2, co ją reguluje, jak mogą kontrolować jej ekspresję oraz potencjalne czynniki blokujące aktywność genu.
