Poate „calitatea” celulelor β să determine dacă dezvolți diabet?

Dacă ți se pare că tot mai mulți oameni pe care îi cunoști se confruntă cu diabet, ai dreptate. Epidemia de diabet nu este numită epidemie degeaba: potrivit Asociației Americane de Diabet, peste 10% din populația SUA - aproximativ 38,4 milioane de persoane - a avut diabet în 2021, alte 1,2 milioane de persoane fiind diagnosticate în fiecare an.

Diabetul de tip 2 se dezvoltă atunci când organismul devine rezistent la insulină, un hormon care ajută la reglarea nivelului de glucoză din sânge. Insulina este produsă de celulele β pancreatice, iar în diabetul de tip 2, acestea cresc producția de insulină în încercarea de a normaliza nivelul de zahăr, dar nici măcar acest lucru nu este suficient, iar celulele β se epuizează în cele din urmă. Datorită rolului lor cheie, masa funcțională a celulelor β - adică numărul lor total și capacitatea de a funcționa - determină riscul de a dezvolta diabet.

Cu toate acestea, celulele β nu sunt uniforme nici măcar la aceeași persoană – acestea sunt împărțite în subtipuri, fiecare dintre acestea diferând în ceea ce privește activitatea secretorie, supraviețuirea și capacitatea de diviziune. Cu alte cuvinte, fiecare subtip de celule β are un „nivel de fitness” diferit – și cu cât acesta este mai ridicat, cu atât mai bine. Pe măsură ce diabetul se dezvoltă, proporțiile unor subtipuri de celule β se schimbă. Dar întrebarea cheie rămâne: diabetul modifică compoziția și starea celulelor β sau aceste modificări duc la boală?

Aici intervin oamenii de știință Guoqiang Gu, Emily Hodges și Ken Lau de la Universitatea Vanderbilt. Lucrarea lor recentă, publicată în revista Nature Communications, reprezintă un pas către înțelegerea faptului dacă masa funcțională a celulelor β poate fi crescută pentru a reduce riscul de diabet zaharat de tip 2. Gu și Lau sunt profesori de biologie celulară și de dezvoltare, iar Hodges este profesor asistent de biochimie.

Studierea subtipurilor de celule β nu este o sarcină ușoară. Cea mai comună metodă utilizată este „analiza terminală a probelor la nivel unicelular”, ceea ce înseamnă că oamenii de știință pot studia celulele β specifice o singură dată - și numai atunci când sunt complet dezvoltate. Acest lucru nu ne permite să urmărim dezvoltarea aceluiași subtip de celule în diferite etape: diferențiere, maturare, diviziune, îmbătrânire, moarte etc. Capacitatea de a le observa în toate etapele ar oferi o mai bună înțelegere a modului în care starea celulelor se schimbă în timp sau în diferite condiții fiziologice.

Pentru a depăși această limitare, Gu, Hodges și Lau au dezvoltat o metodă de marcare permanentă a celulelor progenitoare care dau naștere celulelor β cu diferite combinații de expresie genică. Aceste marcaje le-au permis cercetătorilor să urmărească aceleași subtipuri de celule β în diferite stadii de dezvoltare și să răspundă la întrebări fundamentale cu o mai mare încredere.

Cercetarea lor a produs trei constatări principale:

1. Celulele progenitoare care formează celule β cu markeri genetici diferiți în embrionii de șoarece dau naștere la subtipuri de celule β cu diferite grade de „adaptare” la șoarecii adulți. Acest lucru ajută la înțelegerea modului în care se formează subtipurile și cum poate fi manipulat acest proces în viitor pentru a crește proporția de celule β „sănătoase” și a reduce riscul de diabet.
2. Dieta șoarecilor femele în timpul sarcinii afectează direct raportul dintre celulele β cu funcționare înaltă și cele cu funcționare scăzută la urmași. De exemplu, dacă mama este hrănită cu o dietă bogată în grăsimi și este obeză, urmașii ei au mai puține celule β sensibile la glucoză. Acest model confirmă faptul că obezitatea maternă crește riscul de diabet la urmași. Acest lucru oferă medicilor și cercetătorilor o mai bună înțelegere a rolului eredității și al sănătății materne.
3. Subtipurile de celule β identificate la șoareci au analogi în pancreasul uman. Mai mult, subtipul care are cea mai mare adaptabilitate la om este redus la pacienții cu diabet zaharat de tip 2. Deși nu toate descoperirile la animale sunt direct aplicabile la om, rezultatele sugerează că modelele murine pot fi utile pentru înțelegerea biologiei umane și a diabetului.

Cercetătorii intenționează acum să studieze modul în care exact se formează și se mențin modelele epigenetice (markerii de expresie genică menționați anterior) în diferite subtipuri de celule β și modul în care perturbarea acestora afectează funcția celulară.

„Cu ajutorul acestor cercetări și al altora, ar putea fi posibil în viitor să se dezvolte un supliment alimentar pentru femeile însărcinate care să reducă riscul de diabet la copil”, spune Gu.

Alte întrebări importante rămân: este posibil, de exemplu, să se îmbunătățească calitatea funcțională a celulelor β-like derivate din celule stem embrionare umane prin modularea metilației ADN-ului (unul dintre markerii epigenetici)? Dacă da, ar putea fi utilizate astfel de celule β în terapia de transplant, în care pacienților cu diabet zaharat de tip 2 li se transplantează celule β cu un nivel ridicat de fitness?

Răspunsurile la aceste întrebări rămân de găsit.