Sviluppo eterogeneo di popolazioni di beta-cellule in topi resistenti e sensibili al diabete

La disfunzione progressiva e il fallimento delle cellule β che rilasciano insulina è un segno distintivo del diabete di tipo 2 (T2D). I ricercatori del DZD hanno ora dimostrato che i topi resistenti e quelli sensibili al diabete rispondono in modo diverso a una dieta ricca di carboidrati. L’espressione genica delle cellule beta dei topi resistenti al diabete è cambiata in modo tale da sviluppare un gruppo di cellule beta protettive. Nei topi a tendenza diabetica, la mancata regolazione dell’espressione genica in risposta all’aumento dei livelli di glucosio nel sangue ha portato a un aumento dello stress metabolico e al fallimento delle cellule beta. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Diabetes .

Per indagare i meccanismi della perdita di cellule beta nel T2D, i ricercatori del DZD hanno eseguito il sequenziamento dell’RNA a singola cellula delle isole di Langerhans in due ceppi di topi obesi che differiscono per la loro suscettibilità al diabete. Sia i topi predisposti al diabete sia quelli resistenti al diabete hanno sei diversi gruppi di cellule beta nelle loro isole, che sono molto simili in termini di abbondanza prima del trattamento. Tuttavia, dopo la somministrazione di una dieta diabetogena ricca di carboidrati per due giorni, la composizione dei gruppi di cellule beta è risultata significativamente diversa tra i due ceppi. Le isole dei topi resistenti al diabete si sono sviluppate in un gruppo di cellule beta protettive (Beta4). Questo cluster protettivo ha mostrato indicazioni di una ridotta identità delle cellule beta (come la downregulation dei geni GLUT2, GLP1R e MafA). Le caratteristiche dell’espressione delle beta-cellule mature sono diminuite. Questo probabilmente porta a un minore assorbimento di glucosio e, per alcuni, anche a una perdita della capacità di dividersi per produrre più cellule beta. L’eliminazione in vitro di GLUT2 nelle cellule beta ha portato a una riduzione delle reazioni allo stress e a una diminuzione dei marcatori di apoptosi (apoptosi = morte cellulare programmata). Questo potrebbe spiegare la migliore sopravvivenza delle cellule beta nei topi resistenti al diabete.

Al contrario, le cellule beta dei topi diabetici hanno risposto con cambiamenti di espressione indicativi della pressione metabolica e dello stress nel reticolo endoplasmatico. Inoltre, non hanno adattato l’espressione genica verso uno stato più dedifferenziato. Questo può presumibilmente contribuire a una successiva perdita di cellule beta, che a sua volta contribuisce allo sviluppo del diabete.

“Il nostro studio fornisce nuovi indizi sul motivo per cui l’obesità non sempre porta al diabete di tipo 2. La capacità dei topi, e presumibilmente anche degli esseri umani, di rispondere a livelli elevati di glucosio nel sangue con una riduzione transitoria dell’identità delle loro cellule beta sembra svolgere un ruolo chiave nel proteggerle dalla perdita di funzione e/o dall’apoptosi”, ha dichiarato Annette Schürmann, autrice principale dello studio.

Lo studio

Allo studio, condotto dall’Istituto tedesco di nutrizione umana di Potsdam-Rehbruecke (DIfE), hanno partecipato ricercatori del Centro tedesco per la ricerca sul diabete, dell’Helmholtz di Monaco, dell’Ospedale universitario Carl Gustav Carus e della Facoltà di medicina della TU di Dresda.