糖尿病研究:研究β细胞功能的新模式

来源: 生物360 / 作者: 2021-09-16
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胰腺的β细胞合成、储存和分泌胰岛素,胰岛素控制着血液中的葡萄糖水平。这些细胞的功能紊乱是导致成人型糖尿病的主要原因,这种疾病影响着全球数百万人。每个β细胞包含数千个细胞器,被称为分泌颗粒 (SG),当血糖水平上升时,它们将胰岛素释放到血液中。然而,在每个细胞中只有一小部分颗粒被释放出来——它们优先由那些最近合成的颗粒组成。导致这一过程的机制还没有被完全理解。此外,我们目前对β细胞功能的了解很大程度上是基于从啮齿动物分离的体外细胞簇 (胰岛) 的研究。为了缩小这些模型系统和人类之间的翻译差距,由 LMU 分子动物育种和生物技术主席 Eckhard Wolf 领导的科学家们,与卡尔 · 古斯塔夫 · 卡洛斯大学医院亥姆霍兹中心 München 保罗 · 朗格汉斯研究所和德累斯顿大学医学院 (PLID) 的研究人员合作,开发了一种转基因猪模型,这使得首次有可能重现人体血糖水平在正常范围内时的胰岛素周转模式。

研究小组首先将一种叫做 SNAP-tag 的东西插入猪胰岛素基因中,使蛋白质能够在很长一段时间内用不同的荧光染料进行标记。“接下来,我们必须将这种载体转染到猪细胞中。这些被用于体细胞核移植,以产生在 beta 细胞中表达标记基因的猪,”PD 博士 Elisabeth Kemter 解释道,她是 Wolf 小组的成员,也是该研究的第一作者。在他们的β细胞中 SNAP-tag 表达水平最高的动物——被称为 SOFIA(胰岛素颗粒衰老研究) 猪——随后在进一步的实验中进行了表征。

“总的来说,SOFIA 猪的β细胞的超微结构与不表达胰岛素 - snap 的猪相当,胰岛素 SGs、线粒体和内质网表现正常,没有任何应激或结构改变的迹象。”PLID 的 Michele Solimena 团队成员、该报告的联合作者 Andreas Müller 博士说。此外,SOFIA 猪的血糖稳态和胰岛素分泌均正常。

研究人员能够证明,两种不同波长荧光的 SNAP-tag 配体在体内的连续添加,使他们能够根据颜色区分 SOFIA 猪 beta 细胞中不同的胰岛素分泌颗粒池。这反过来又使他们能够在本质上自然的条件下追踪分泌颗粒的周转速度。结果显示,新近合成的和较老的分泌颗粒在体内的周转时间明显短于体外培养的鼠胰岛。

这项研究的作者相信,新实验模型的成功产生和表征是克服目前阻碍β细胞研究的局限性的重要一步。SOFIA 猪现在可以与其他作为糖尿病研究模型系统的猪品系杂交,以确定病理条件下胰岛素分泌颗粒的合成和周转速度。

10.1073 / pnas.2107665118

Sequential in vivo labeling of secretory granule pools in INS-SNAP transgenic pigs

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