Ar β ląstelių „kokybė“ gali nulemti, ar susirgsite diabetu?

Jei atrodo, kad vis daugiau jūsų pažįstamų žmonių serga diabetu, esate teisūs. Diabeto epidemija vadinama epidemija ne veltui: Amerikos diabeto asociacijos duomenimis, 2021 m. diabetu sirgo daugiau nei 10 % JAV gyventojų – apie 38,4 mln. žmonių, o kasmet diagnozuojama dar 1,2 mln. žmonių.

2 tipo diabetas išsivysto, kai organizmas tampa atsparus insulinui – hormonui, kuris padeda reguliuoti gliukozės kiekį kraujyje. Insuliną gamina kasos β ląstelės, o sergant 2 tipo diabetu jos padidina insulino gamybą, bandydamos normalizuoti cukraus kiekį kraujyje, tačiau net ir to nepakanka, ir β ląstelės galiausiai išsenka. Dėl savo pagrindinio vaidmens β ląstelių funkcinė masė, tai yra, jų bendras skaičius ir gebėjimas funkcionuoti, lemia diabeto išsivystymo riziką.

Tačiau β ląstelės nėra vienodos net ir to paties žmogaus – jos skirstomos į potipius, kurių kiekvienas skiriasi sekreciniu aktyvumu, išgyvenamumu ir gebėjimu dalytis. Kitaip tariant, kiekvienas β ląstelių potipis turi skirtingą „fizinio pasirengimo lygį“ – ir kuo jis aukštesnis, tuo geriau. Diabetui vystantis, kai kurių β ląstelių potipių proporcijos keičiasi. Tačiau pagrindinis klausimas lieka: ar diabetas keičia β ląstelių sudėtį ir būklę, ar būtent šie pokyčiai sukelia ligą?

Čia į pagalbą ateina Vanderbilto universiteto mokslininkai Guoqiang Gu, Emily Hodges ir Ken Lau. Jų neseniai žurnale „ Nature Communications“ paskelbtas darbas yra žingsnis siekiant suprasti, ar padidinus β ląstelių funkcinę masę galima sumažinti 2 tipo diabeto riziką. Gu ir Lau yra ląstelių ir raidos biologijos profesoriai, o Hodges – biochemijos docentas.

Tyrimai apie β ląstelių potipius nėra lengva užduotis. Dažniausiai naudojamas metodas yra „galutinė mėginių analizė vienos ląstelės lygmeniu“, o tai reiškia, kad mokslininkai gali tirti konkrečias β ląsteles tik vieną kartą – ir tik tada, kai jos yra visiškai išsivysčiusios. Tai neleidžia mums sekti to paties ląstelės potipio vystymosi skirtingais etapais: diferenciacijos, brendimo, dalijimosi, senėjimo, mirties ir kt. Galimybė jas stebėti visuose etapuose leistų geriau suprasti, kaip ląstelių būsena kinta laikui bėgant arba esant skirtingoms fiziologinėms sąlygoms.

Siekdami įveikti šį apribojimą, Gu, Hodges ir Lau sukūrė metodą, kaip visam laikui žymėti progenitorines ląsteles, iš kurių išsivysto β ląstelės, skirtingais genų raiškos deriniais. Šie žymenys leido tyrėjams sekti tuos pačius β ląstelių potipius skirtinguose vystymosi etapuose ir užtikrinčiau atsakyti į esminius klausimus.

Jų tyrimai pateikė tris pagrindines išvadas:

1. Progenitorinės ląstelės, kurios pelių embrionuose formuoja β ląsteles su skirtingais genetiniais žymenimis, suaugusių pelių organizme sukuria skirtingo „tinkamumo“ laipsnio β ląstelių potipius. Tai padeda suprasti, kaip formuojasi šie potipiai ir kaip šį procesą ateityje galima manipuliuoti, siekiant padidinti „sveikų“ β ląstelių dalį ir sumažinti diabeto riziką.
2. Pelių patelių mityba nėštumo metu tiesiogiai veikia gerai ir mažai funkcionuojančių β ląstelių santykį palikuonių organizme. Pavyzdžiui, jei motina maitinasi riebiu maistu ir yra nutukusi, jos palikuonys turi mažiau gliukozę jautrių β ląstelių. Šis modelis patvirtina, kad motinos nutukimas padidina diabeto riziką palikuonims. Tai suteikia gydytojams ir tyrėjams geresnį supratimą apie paveldimumo ir motinos sveikatos vaidmenį.
3. Pelių β ląstelių potipiai turi analogų žmogaus kasoje. Be to, potipis, kuris pasižymi didžiausiu tinkamumu žmonėms, yra sumažėjęs pacientams, sergantiems 2 tipo diabetu. Nors ne visi tyrimų su gyvūnais rezultatai yra tiesiogiai taikomi žmonėms, rezultatai rodo, kad pelių modeliai gali būti naudingi norint suprasti žmogaus biologiją ir diabetą.

Tyrėjai dabar planuoja ištirti, kaip tiksliai epigenetiniai modeliai (minėtieji genų ekspresijos žymenys) formuojasi ir palaikomi skirtinguose β ląstelių potipiuose ir kaip jų sutrikimas veikia ląstelių funkciją.

„Atlikus šį ir kitus tyrimus, ateityje gali būti įmanoma sukurti maisto papildą nėščioms moterims, kuris sumažintų vaiko diabeto riziką“, – sako Gu.

Lieka ir kiti svarbūs klausimai: ar, pavyzdžiui, galima pagerinti iš žmogaus embrioninių kamieninių ląstelių gautų β tipo ląstelių funkcinę kokybę moduliuojant DNR metilinimą (vieną iš epigenetinių žymenų)? Jei taip, ar tokios β ląstelės galėtų būti naudojamos transplantacijos terapijoje, kai pacientams, sergantiems 2 tipo diabetu, persodinamos aukšto fizinio pasirengimo lygio β ląstelės?

Atsakymų į šiuos klausimus dar reikia rasti.