Grupul de lucru pentru diabetul zaharat - Institutul de Biochimie Medicală și Biologie Moleculară
- cercetare
- Grupul de lucru pentru diabetul zaharat
Prof. Tiedge
Diabetul zaharat este cea mai importantă boală metabolică din punct de vedere economic din țările industrializate din vest, afectând mai mult de 5% din populație. Diabetul zaharat insulino-dependent (tip 1 sau IDDM) se caracterizează printr-o distrugere selectivă a celulelor beta producătoare de insulină ale pancreasului, care necesită o substituție pe tot parcursul vieții a hormonului. Diabetul zaharat de tip 2 (NIDDM sau diabetul pentru adulți) este cauzat de interacțiunea rezistenței pronunțate la insulină, care este asociată cu tulburări de secreție a celulelor beta. Nivelurile cronice crescute de glucoză din sânge duc la afectarea pe termen lung a micro- și macrovasculare pe parcursul bolii, ceea ce duce la orbire, insuficiență renală, infarct miocardic și tulburări circulatorii cerebrale.
Centrul principal de cercetare al institutului este celulele beta ale pancreasului. Celula beta a pancreasului are două proprietăți remarcabile care o disting de alte tipuri de celule endocrine:
- Semnalul pentru declanșarea secreției de insulină este generat în metabolismul celulei beta („cuplarea secreției de stimul metabolic”). Aceasta înseamnă că modificările metabolismului intermediar influențează funcția secretorie a celulei și duc la tulburări ale secreției, așa cum se observă în diabetul zaharat de tip 2.
- Celula beta este extrem de sensibilă la factorii de stres (citokine proinflamatorii, radicali liberi, niveluri ridicate de glucoză din sânge) care duc la moartea celulelor apoptotice și necrotice.
În centrul cercetării celulelor beta, următoarele aspecte sunt în prim plan:
- pentru a investiga efectele statutului de apărare antioxidantă asupra activării mediată de citokine a kinazelor care răspund la stres (p38, ERK, JNK), precum și asupra elementelor semnal de stres ER (funcția Serca2, activarea CHOP, expresia chaperonei BiP),
- Pentru a exprima enzime antioxidante și inhibitori ai factorului de transcripție NF-κB receptiv la stres în celulele insulelor primare prin intermediul vectorilor adeno- și lentivirali și pentru a caracteriza efectele protectoare în condiții in vitro și după transplantul insulelor în modelul de șobolan,
- pentru a investiga dacă efectele neuroprotectoare ale eritropoietinei pot fi transferate la celulele beta ale pancreasului. În acest scop, sunt caracterizate căile clasice de semnalizare EPO și liniile celulare producătoare de insulină și insulele pancreatice primare izolate.
Partener de cooperare
- Prof. J. Nerup, Dr. A. Karlsen, Steno Diabetes Center, Gentofte, Danemarca
- Prof. D. Eizirik, ULB, Bruxelles, Belgia
- Prof. T. Mandrup-Poulsen, Centrul de Cercetare Hagedorn, Gentofte, Danemarca
- Prof. C. Mathieu, Universitatea din Leuven, Leuven, Belgia
Factorii matricei extracelulare, care includ proteinele de aderență și colagenul, au o varietate de efecte asupra diferențierii, proliferării și funcției celulelor beta. Celulele stelate pancreatice sunt capabile să secrete factori matriciali, proces care joacă un rol în patogeneza pancreatitei cronice. Celulele stea pot fi detectate atât în pancreasul exocrin cât și în cel endocrin, deși funcția acestui tip de celulă în insulele din Langerhans este neclară. În cooperare cu grupul de lucru al PD Dr. Jaster (Clinica pentru Gastroenterologie), care are o expertiză recunoscută la nivel internațional în domeniul cercetării celulelor stelare, este de a investiga interacțiunea celulelor stea cu celulele beta din pancreas.
Scopul studiilor este de a:
- pentru a caracteriza efectele factorilor matriciali secretați din culturile de celule stea asupra funcției celulelor beta,
- pentru a clarifica dacă factorii matriciali influențează sensibilitatea celulelor beta la factorii de stres specifici diabetului (citokine, glucoză și lipotoxicitate),
- pentru a caracteriza influența factorilor matriciali asupra proliferării celulei beta și diferențierii celulelor beta de celulele ductale.
- folosind anticorpi anti-CD4 + regulatori și anticorpi anti CTLA-4 stimulatori pentru a influența procesul autoimun și pentru a induce toleranță la celulele T autoagresive,
- investigați potențialul regenerării celulelor beta în condiții de imunomodulare. În acest scop, proliferarea celulelor producătoare de insulină din celulele progenitoare ductale va fi investigată în fazele de infiltrare a insulei Langerhans.
Partener de cooperare
- Prof. HJ Hedrich, Facultatea de Medicină din Hanovra
- Prof. A. Jörns, Facultatea de Medicină din Hanovra
4. Principiile de reglementare ale glucokinazei în celulele beta ale pancreasului
Ca enzimă de fosforilare a glucozei cu o afinitate de substrat în intervalul de concentrații fiziologice milimolare, glucokinaza este un senzor ideal de glucoză pentru celulele beta producătoare de insulină ale pancreasului și ficatului. În conceptul de cuplare stimul-secreție metabolică, glucokinaza din celulele beta ale pancreasului reprezintă elementul de limitare a fluxului. Principiile de reglementare ale glucokinazei oferă astfel o bază importantă pentru înțelegerea secreției de insulină indusă de glucoză și funcționarea defectuoasă a celulei beta, care este patogenetic tulburarea de secreție. de diabet zaharat de tip 2. Mecanismele moleculare ale reglării fiziologice dependente de nutriție a glucokinazei în celulele beta ale pancreasului sunt complexe la nivelul genei și al proteinei enzimei. Folosind o tehnică sensibilă RT-PCR cantitativă și analize Northern blot, a fost posibil să se arate că semnalul pentru modulațiile transcripționale ale expresiei genetice este generat în metabolismul celulei beta. Două observații au avut o importanță crucială:
- Glucokinaza este legată de un factor proteic intracelular în celulele beta producătoare de insulină și activitatea sa specifică este modulată de glucoză.
- În comparație cu hexokinazele cu afinitate ridicată tipurile I - III, glucocinaza prezintă o sensibilitate crescută la oxidarea grupelor laterale SH libere, care duc la formarea de punți de sulf datorită modificărilor conformaționale și astfel fac ca statul redox intracelular să apară ca un principiu de reglare.
Enzima fosfofructokinază tip 2 (PFK2) a fost identificată ca un partener de legare al glucokinazei în celula beta. Aceasta este o enzimă bifuncțională care reglează unul dintre cei mai importanți regulatori ai glicolizei - fructoză-2,6-bifosfat - în sus sau în jos, în funcție de activitatea kinazei sau fosfatazei. PFK2 reprezintă un partener de legare activ al glucokinazei. După supraexprimarea enzimei în liniile celulare producătoare de insulină, s-a putut observa o creștere a valorii Vmax, în timp ce afinitatea pentru glucoză a rămas neschimbată. Interacțiunea glucokinazei cu PFK2 explică, prin urmare, foarte bine modificările parametrilor cinetici care sunt observați sub reglarea fiziologică de către glucoză. Cercetările privind glucokinaza au o relevanță clinică ridicată, deoarece substanțele care activează glucokinaza au fost identificate încă din anii '90. Acești activatori cresc activitatea enzimatică a glucokinazei și îmbunătățesc astfel secreția de insulină a celulelor beta ale pancreasului.
Scopul studiilor este de a:
- pentru a investiga efectele activatorilor de glucoză și GK asupra compartimentării intracelulare,
- pentru a caracteriza interacțiunea dintre glucokinază și PFK-2 în condiții de glucoză și lipotoxicitate,
- să investigheze mecanismul de interacțiune dintre glucokinază și PFK-2 folosind proteine marcate cu fluorescență, care permit tragerea concluziilor despre modificările conformaționale ale proteinei glucokinazei.
Partener de cooperare
- Prof. S. Lenzen, Facultatea de Medicină din Hanovra
- Prof. L. Agius, Universitatea Newcastle, Newcastle, Marea Britanie
- Prof. A. Lange, Universitatea din Minneapolis, Minneapolis, SUA