Новая молекулярная мишень для лечения диабета

 

 

Ученые Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) идентифицировали ключевой молекулярный путь, ответственный за возрастное снижение пролиферации инсулин-продуцирующих бета-клеток. Искусственная активация этого пути, который у взрослых, как правило, выключен, может стать новым методом борьбы с диабетом.

«Мы надеемся, что скоро сможем воздействовать на этот путь в терапевтических целях, - говорит профессор биологии развития Сун Ким (Seung Kim), MD, PhD, - возможно, возродив его экспрессию и затем активировав ее каким-либо лекарственным препаратом, назначаемым в виде инъекций или в какой-либо другой форме. Это было бы двойным ударом по диабету».

Профессор Сун Ким, являющийся также научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) - старший автор статьи, опубликованной в журнале Nature.

Ученые установили, что у мышей и у человека этот молекулярный путь регулируется экспрессией молекулы, называемой рецептором тромбоцитарного фактора роста (platelet-derived growth factor receptor, PDGF-receptor). Экспрессия рецепторов PDGF снижается с течением времени у мышей и у человека параллельно снижению пролиферации бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих контролирующий уровень сахара в крови гормон инсулин.

 

Бета-клетки поджелудочной железы. ©SanfordBurnham

 

 

 

Бета-клетки находятся в островках Лангерганса поджелудочной железы. Это единственный тип клеток, вырабатывающий инсулин – гормон, позволяющий организму усваивать сахар из крови и запасать его в нескольких типах клеток. Без адекватного синтеза инсулина уровень сахара в крови может стать опасно высоким – состояние, называемое гипергликемией – и привести к нарушению функции многих органов, коме и даже смерти. Диабет 1 типа обусловлен неспособностью организма вырабатывать инсулин; диабет 2 типа вызывается одновременно как дефицитом инсулина, так и неадекватной реакцией организма на этот гормон. Уменьшение количества инсулин-продуцирующих бета-клеток характерно для обеих форм заболевания.

Эксперименты профессора Кима на мышах показали, что искусственная активация PDGF-рецепторного пути увеличивает количество бета-клеток у животных без ущерба для их способности должным образом контролировать уровень сахара. Это особенно важно, так как другие методы лечения, направленные на стимуляцию роста бета-клеток, ведут к избыточному синтезу инсулина и опасной гипогликемии.

То, что пролиферация бета-клеток, активная и надежная у новорожденных и молодых животных, значительно снижается с возрастом, известно уже давно. Аналогично с течением времени снижается экспрессия связанного с пролиферацией фермента Ezh2. Однако что контролирует изменения уровней экспрессии Ezh2 в бета-клетках, оставалось неизвестным.

Так как PDGF-сигналинг регулирует пролиферацию многих типов клеток и, как известно, влияет на ответ со стороны Ezh2, профессор Ким и его коллеги решили выяснить, не вовлечен ли путь PDGF и в изменение экспрессии Ezh2 и пролиферации бета-клеток. Они установили, что экспрессия рецепторов PDGF снижена и в панкреатических бета-клетках молодых мышей и коррелирует со снижением пролиферации бета-клеток.

Блокирование экспрессии рецепторов PDGF у молодых (2-3 недельных) лабораторных мышей приводит к снижению у них уровня фермент Ezh2 и значительному уменьшению количества бета-клеток. У них отмечается несколько более высокий уровень сахара в крови и менее эффективная его утилизация, чем у контрольных животных. У взрослых мышей с блокированной экспрессией рецепторов PDGF также наблюдается снижение способности к регенерации бета-клеток, искусственно поврежденных токсичными химическими соединениями, и развивается тяжелая форма диабета.

В противоположность этому, у нормальных мышей с усиленной экспрессией рецепторов PDGF, получавших то же токсичное соединение, поврежденные бета-клетки заменяются новыми примерно в течение трех-четырех недель. Хотя у этих животных также развивается диабет средней степени тяжести, после регенерации клеток способность контролировать уровень сахара в крови восстанавливается.

 

Профессор биологии развития Школы медицины Стэнфордского университета Сун Ким (Seung Kim), MD, PhD. (Фото: med.stanford.edu)

 

 

«Очень важно то, что эти клетки не «сошли с ума», они претерпели лишь незначительную, адекватную пролиферацию. Это хорошо, так как означает, что они остаются под контролем и не теряют в процессе роста своих важнейших функций», - комментирует результаты экспериментов профессор Ким.

Добавление белка PDGF (связывающего и активирующего рецепторы PGDF) к растущим в лаборатории бета-клеткам молодых (3-х недельных) мышей вызывает их пролиферацию. В отличие от этого, клетки старых (7-9 месячных) животных не отвечают на присутствие этого белка, так как у них больше не экспрессируются PDGF-рецепторы.

Ученые получили штамм лабораторных мышей с постоянно активными PDGF- рецепторами бета-клеток. У таких животных в возрасте 14 месяцев (средний возраст для мыши) скорость пролиферации бета-клеток была в 9 раз выше, чем у контрольных животных того же возраста. Однако, несмотря на повышенную скорость роста, у мышей сохранилась нормальная регуляция уровня сахара в крови.

Профессор Ким и его коллеги выяснили, существует ли подобный путь в бета-клетках человека. Для этого они получили островковые клетки из донорских органов, взятых у детей в возрасте от 6 месяцев до 6 лет, и сравнили паттерны экспрессии PDGF- рецепторов в этих бета-клетках и клетках, полученных из органов взрослых людей. Они не обнаружили рецепторов PDGF в бета-клетках взрослых, но легко нашли их в бета-клетках молодых доноров. Дополнительные эксперименты показали, что человеческие бета-клетки функционируют подобно бета-клеткам мыши, что делает регуляцию их пролиферации и, следовательно, синтеза инсулина с помощью модулирования и активации экспрессии PDGF-рецепторов вполне возможной.

«Эта работа показала, что в человеческих бета-клетках существует несколько путей, лежащих в основе возрастного снижения их пролиферации, которые до сих пор не были изучены», - говорит профессор Ким. «Это дает нам зацепку для решения более глобальной проблемы: как контролировать пролиферацию человеческих бета-клеток в терапевтических целях».

 

 

По материалам

New molecular target for diabetes treatment discovered

 

Аннотация к статье PDGF signalling controls age-dependent proliferation in pancreatic β-cells