Caracterización a nivel transcripcional y epigenético de dos modelos de regeneración y mejoramiento de la función de las células β pancreáticas

• Autores: Romero, Agustín
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Petrucelli, Silvana
• Materia: DIABETES; ISLOTES PANCREATICOS; CELULAS β; INSULINA; CONVERSION α A β; INGAP-pp; DIABETES; PANCREATIC ISLETS; β-CELLS; INSULIN; α TO β CONVERSION; INGAP-pp
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La Diabetes es un conjunto de enfermedades caracterizadas por la incapacidad de disminuir la concentración de glucosa en sangre provocando así un cuadro de hiperglicemia crónico. Esto se genera por una falla en la función o la síntesis y secreción de la Insulina, principal hormona hipoglucemiante producida por las células β presentes en los islotes pancreáticos. La Diabetes puede ocasionar la muerte de células β, es por eso que una de las estrategias terapéuticas más prometedoras es inducir la regeneración de las células β para restaurar la secreción de Insulina. El objetivo general de esta tesis es estudiar dos modelos de regeneración de células β, a través de estrategias moleculares, transcripcionales y epigenéticas. En la primera parte de la tesis estudiamos el modelo de conversión de células α a células β generado por el grupo del Dr. Pedro Herrera de la Universidad de Ginebra. En colaboración con su grupo, empleamos un modelo murino transgénico en el cual se eliminan casi la totalidad de células β a través de la sobreexpresión del receptor de la toxina de la difteria humana en este tipo celular. Luego de 30 días de la administración de la toxina nuevas células productoras de Insulina comienzan a aparecer a partir de la conversión de células α productoras de Glucagón. De esta manera, el objetivo de esta sección de la tesis fue caracterizar la primera etapa de este proceso de reprogramación celular. Para esto se realizó un análisis de RNA-seq sobre células α sorteadas por FACS a 0, 5, 15 y 30 días luego de la administración de la toxina de la difteria. Se identificó la participación de la vía de señalización disparada por Insulina y la vía de Smoothened, ambas vías ya propuestas como reguladores fundamentales para la conversión α a β. También se identificaron posibles nuevas vías que podrían estar involucradas en este proceso, como la vía de señalización de IFNγ, así como también la modulación del sistema inmune y la invasión transitoria de leucocitos a los islotes. Asimismo, se evaluó el perfil epigenético en islotes no tratados de los genes regulados significativamente a lo largo de las etapas estudiadas, con el fin de avalar su expresión en células endocrinas de los islotes pancreáticos. En la segunda parte, nos enfocamos en la caracterización de los efectos del péptido INGAP-pp en islotes pancreáticos de rata, conocido por tener la función de regenerar y mejorar el funcionamiento de las células β. Para conocer los mecanismos moleculares activados por este tratamiento, se realizó un RNA-seq sobre islotes pancreáticos cultivados con el péptido. Se identificaron vías de señalización diferencialmente reguladas, incluyendo mTOR, Pi3k, Vegf y Vitamina D, así como funciones celulares entre las que destacan la angiogénesis y remodelación de la matriz extracelular que podrían explicar, por lo menos en parte, las funciones de este péptido. Utilizando datos epigenéticos reforzamos la relevancia de la expresión de genes modulados por este tratamiento en islotes. Asimismo, identificamos zonas promotoras, enhancers y sitios de unión a factores de transcripción vinculados a estos genes regulados por el tratamiento. En conjunto, los hallazgos de esta tesis nos permitieron profundizar en nuevos potenciales mecanismos de acción subyacentes a los modelos de regeneración estudiados. En última instancia, estos esfuerzos apuntan a promover el mejoramiento de la función de la población β, que es fundamental para poder despertar la capacidad regenerativa endógena del páncreas, que en condiciones normales es muy limitada.
Diabetes is a group of metabolic disorders characterized by an inability to lower blood glucose levels, leading to chronic hyperglycemia. This stems from a defect in the function or synthesis and secretion of insulin, the primary hypoglycemic hormone produced by β cells in the pancreatic islets. Diabetes can induce β-cell death, making β-cell regeneration a promising therapeutic strategy to restore insulin secretion. The overarching objective of this thesis is to investigate two β cell regeneration models using molecular, transcriptional, and epigenetic approaches. The first section of the thesis focuses on studying the α cell to β cell conversion model developed by Dr. Pedro Herrera's group at the University of Geneva. In collaboration with this group, a transgenic mouse model was used in which almost all β cells were eliminated through the overexpression of the human diphtheria toxin receptor in this cell type. Thirty days after toxin administration, new insulin-producing cells began to appear from the conversion of glucagon-producing α cells. Thus, the main objective of this section of the thesis was to characterize the initial stage of this cell reprogramming process. To elucidate these mechanisms, RNA-seq analysis was performed on FACS-sorted α cells at 0, 5, 15, and 30 days after diphtheria toxin administration. The results revealed the involvement of the Insulin signaling pathway and the Smoothened pathway, both of which have been previously proposed as key regulators of α to β conversion. Additionally, novel pathways potentially implicated in this process were identified, including the IFNγ signaling pathway, immune system modulation, and transient leukocyte infiltration into islets. Furthermore, we evaluated the epigenetic profile in untreated islets for genes significantly regulated throughout the studied stages, validating their expression in endocrine pancreatic cells. The second section of the thesis explores the effects of the INGAP-pp peptide on β cell regeneration in rat pancreatic islets. INGAP-pp is known to promote β cell regeneration and improve β cell function. To elucidate the molecular mechanisms underlying these effects, RNA-seq analysis was performed on pancreatic islets cultured with the peptide. This analysis revealed differentially regulated signaling pathways, including mTOR, Pi3k, Vegf, and Vitamin D, as well as cellular functions such as angiogenesis and extracellular matrix remodeling. These findings could, at least partially, explain the peptide's beneficial effects. Epigenetic data further supported the relevance of gene expression modulation by this treatment in islets. Additionally, promoter regions, enhancers, and transcription factor binding sites associated with these treatment-regulated genes were identified. The findings of this thesis have deepened our understanding of the underlying mechanisms of action in the β cell regeneration models studied. Ultimately, these efforts aim to promote the improvement of β cell function, which is essential to awaken the pancreas' endogenous regenerative capacity, which is very limited under normal conditions.
Fil: Romero, Agustín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.