《Cell Metabolism》产生胰岛素的细胞实际上有两种亚型

【字体: 时间:2023年03月30日 来源:AAAS

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  由Van Andel研究所和Max Planck免疫生物学和表观遗传学研究所的科学家领导的团队已经确定了两种不同的产生胰岛素的β细胞,每种细胞都具有关键特征,可以更好地理解和治疗1型和2型糖尿病。

  
   

Dr. J. Andrew Pospisilik    

J. Andrew Pospisilik博士


由Van Andel研究所和Max Planck免疫生物学和表观遗传学研究所的科学家领导的团队已经确定了两种不同的产生胰岛素的β细胞,每种细胞都具有关键特征,可以更好地理解和治疗1型和2型糖尿病。β细胞是人体代谢平衡的关键守护者。它们是唯一能够产生胰岛素的细胞,胰岛素通过指定饮食中的糖立即使用或储存来调节血糖水平。在1型糖尿病中,β细胞受到人体自身免疫系统的攻击,使它们无法产生胰岛素。2型糖尿病由胰岛素抵抗引起;一个人的饮食导致的过量血糖会导致胰腺中的β细胞超时工作。最终,β细胞不能再跟上,血糖浓度会上升到危险的高水平。

这两种疾病都是通过增强胰岛素的作用来治疗的,要么是通过提供胰岛素本身,要么是通过增强胰岛素的活性并释放到血液中。一些1型糖尿病患者可能会选择β细胞移植,这是一种实验性手术,将来自供体的功能正常的细胞植入胰腺。发表在《细胞代谢》(Cell Metabolism)杂志上的新发现提出了几种潜在的途径,可以为未来的糖尿病治疗提供信息,比如调整移植中β细胞亚型的比例,以确保最佳功能。

“所有细胞都在某种程度上有所不同,但这两种β细胞亚型彼此之间是离散的,一致的。这表明它们作为胰岛素生产者有两种不同但必要的功能。每个人都有自己的角色,”范安德尔研究所教授、该研究的资深作者J. Andrew Pospisilik博士说。“我们还看到了糖尿病中一种亚型与另一种亚型比例的差异。了解这两种细胞类型——以及它们之间的关系——让我们对糖尿病有了更清晰的认识,并为治疗提供了新的机会。”

科学家们早就认识到β细胞之间的差异,但这项研究是第一次清楚地描述特定的细胞亚型。这些发现在小鼠模型和人β细胞样本中都得到了证实。

研究作者将这两种类型描述为ßHI和ßLO特定功能、大小、形状和表观基因组特征等方面存在差异。它们还表现出表面标记的对比模式,帮助细胞发送和接收化学信息。ßHI细胞似乎在2型糖尿病中更为普遍。

重要的是,这些亚型可以通过一种叫做CD24的蛋白质的存在或不存在来区分,CD24作为一种标记,允许针对一种类型而不是另一种类型。这种区别可能会为制定更精确的糖尿病治疗策略提供信息,并提供一个关键工具,使糖尿病研究人员能够更好地深入研究每种细胞类型。

这些发现还重塑了β细胞在生命早期如何发育的已知知识:β细胞是人体内最长寿的细胞之一,寿命为30至40年。像所有细胞一样,最早的β细胞来自干细胞,。这个过程在很大程度上是由一种叫做转录因子的特殊蛋白质指导的,它可以开关基因的“打开”和“关闭”。然而,该研究表明β细胞可能是个例外。研究人员发现表观遗传剂量而不是转录因子是β细胞成为ßHI和ßLO的决定背后的驱动力。这是表观遗传剂量首次被证明可以改变相关细胞类型的比例。

像转录因子一样,表观遗传标记告诉基因什么时候活跃,什么时候沉默。表观遗传剂量是指这些标记的数量。在β细胞中,研究小组之前发现了一个名为H3K27me3的表观遗传标记作为分化的关键驱动因素。在这项新研究中,他们发现相同标记的剂量控制ßHI和ßLO因此,为潜在的新的糖尿病治疗方法提供了一个新的目标。

“这种机制的美妙之处在于它的新颖性——它完全是由表观遗传学驱动的,没有转录因子的帮助,”Pospisilik说。“这里的关键是表观遗传变化可以被逆转,这就引发了一系列问题,对治疗产生了影响。”

马普免疫生物学和表观遗传学研究所的Erez Dror博士是这项研究的第一作者。

Epigenetic dosage identifies two major and functionally distinct β cell subtypes


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