胰岛功能和胰岛素释放:B细胞成熟度问题

英国伯明翰大学代谢与系统研究所(IMSR)的霍德森博士实验室最近进行了一项研究,发现b细胞成熟度的细微差异有助于胰岛功能和胰岛素的释放,此研究已发表在《Nature Communications》期刊(Nasteska et al, Nat Commun, 2021)上。重组遗传和化学动力学破坏策略被用于改变胰岛中PDX1LOW/MAFALOW不成熟b细胞和PDX1HIGH/MAFAHIGH成熟b细胞之间的比率。值得注意的是,胰腺/双体合气盒蛋白1(PDX1)和V-maf肌肉细胞纤维瘤同源A(MAFA)是转录因子,其表达水平对b细胞的识别、发育和成熟至关重要。PDX1和MAFA都通过结合胰岛素基因驱动的调节元素来行动,这对受葡萄糖刺激的胰岛素分泌非常重要。

在成年人的胰岛中,有一个成熟和不成熟细胞的异质种群。Nasteska等人证明,保持细胞成熟度的异质性对于维持正常的胰岛功能至关重要。特别是,一个关键的胰岛功能是由葡萄糖调节的胰岛素分泌,在细胞水平上,它由Ca2+管道开口触发,与葡萄糖代谢和ADP/ATP生成有关。简言之,作者提供了证据,证明PDX1低/MAFA低和PDX1高/MAFA高的细胞有助于适当的胰岛功能和胰岛素释放。值得注意的是,这项研究还对理解II型糖尿病(即长期以高血糖水平为特征的疾病)背后的机制带来了影响,因为如果胰腺中的细胞不能释放足够的胰岛素将葡萄糖排入细胞,就会发生这种代谢紊乱。

在Nasteska等人的研究工作里,CrestOptics X-Light旋转盘被用来从啮齿动物和人类胰岛中获取图像。具体而言,快速实时成像被用于在不同的实验条件下进行Ca2+通量分析、ATP/ADP比率和CAMP水平测量(详情请参阅“显微镜方法”部分)。有关研究工作中进行的深入功能分析,请点击此处 阅读整份刊物。

在这里,我们展示了旋转盘Ca2+实时成像实验 (图A)和分析(图B)的例子,类似于Nasteska 等人的论文中更广泛的实验。

图A:来自快速多细胞旋转盘Ca2+胰岛成像实验的代表性影片(每125秒采集一次;比例尺,30微米)。

时间的最大强度投影(彩虹暗色 LUTs)

影片(应用去噪算法)

图B:使用基因编码的Ca2+指标GCaMP6对特定兴趣细胞 (A-E)的Ca2+通量分析的代表性分析。从旋转盘采集的GCaMP6荧光强度在对葡萄糖(G)的反应和KCL刺激后(20分钟)進行了3和17分钟(min) 的测量。

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 显微镜方法

至于Ca2+成像,在使用Crest X光旋转盘系统与尼康Ti-E倒置显微镜和10 x/0.4/air或25 x/0.8/air物鏡耦合成像之前,胰岛装载了Fluo8(AAT Bioquest Cat#21082-AAT)或Fura2(HelloBio HB0780-1mg),或采用GCaMP6m进行了腺病毒传导。

ATP/ADP成像就Fluo8进行了48小时,除了胰岛经过含有ATP/ADP传感器Perceval的腺病毒感染之外,Perceval是哈佛大学Gary Yellen教授的一份礼物。
对于进行cAMP成像,胰岛经过含有Epac2-camps的腺病毒的感染(剑桥大学Dermot Cooper教授的一份礼物),并采用Crest X光旋转盘系统进行分析。

所有实验均以合乎道德的方式进行,并经相应的研究伦理委员会批准。

参考

PDX1LOW MAFALOW β细胞有助于胰岛功能和胰岛素释放

Daniela Nasteska, Nicholas H. F. Fine, Fiona B. Ashford, Federica Cuozzo, Katrina Viloria, Gabrielle Smith, Aisha Dahir, Peter W. J. Dawson, Yu-Chiang Lai, Aimée Bastidas-Ponce, Mostafa Bakhti, Guy A. Rutter, Remi Fiancette, Rita Nano, Lorenzo Piemonti, Heiko Lickert, Qiao Zhou, Ildem Akerman & David J. Hodson

Nature Communications》期刊, 12(1):674 (2021年1月29日) doi: 10.1038/s41467-020-20632-z

任何重复使用内文的文章都是根据 Creative Commons Attribution (CC BY) license 的条款和条件下进行的。

影像和数据由David J. Hodson提供。

感谢 Lorenzo Piemonti and Rita Nano(意大利米兰)对这里的胰岛准备作出贡献。

此应用注释是与 David J. Hodson 和 Cairn Research 研究公司合作编写。

英国伯明翰大学代谢与系统研究所(IMSR)

英国伯明翰大学和米德兰兹诺丁汉大学膜蛋白和受体中心(COMPARE)

英国伯明翰Birmingham Health Partners研究所的内分泌、糖尿病和新陈代谢中心

 

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