Чи може «якість» β-клітин визначити, чи розвиватиметься у вас діабет?

Якщо вам здається, що все більше людей, яких ви знаєте, стикаються з діабетом, ви маєте рацію. Епідемію діабету недарма називають епідемією: за даними Американської діабетичної асоціації, понад 10% населення США — близько 38,4 мільйона людей — мали діабет у 2021 році, і щороку його діагностують ще у 1,2 мільйона людей.

Діабет 2 типу розвивається, коли організм стає стійким до інсуліну, гормону, який допомагає регулювати рівень глюкози в крові. Інсулін виробляється β-клітинами підшлункової залози, і при діабеті 2 типу вони збільшують вироблення інсуліну, намагаючись нормалізувати рівень цукру, але навіть цього недостатньо, і β-клітини зрештою виснажуються. Через свою ключову роль функціональна маса β-клітин, тобто їх загальна кількість та здатність функціонувати, визначає ризик розвитку діабету.

Однак, β-клітини не є однорідними навіть у однієї людини – вони поділяються на підтипи, кожен з яких відрізняється секреторною активністю, виживанням та здатністю до поділу. Іншими словами, кожен підтип β-клітин має різний «рівень фізичної підготовки» – і чим він вищий, тим краще. У міру розвитку діабету пропорції деяких підтипів β-клітин змінюються. Але ключове питання залишається відкритим: чи змінює діабет склад і стан β-клітин, чи саме ці зміни призводять до захворювання?

Саме тут на допомогу приходять вчені Гоцян Гу, Емілі Ходжес та Кен Лау з Університету Вандербільта. Їхня нещодавня робота, опублікована в журналі Nature Communications, є кроком до розуміння того, чи можна збільшити функціональну масу β-клітин, щоб зменшити ризик діабету 2 типу. Гу та Лау є професорами клітинної та розвитку біології, а Ходжес — доцентом біохімії.

Вивчення підтипів β-клітин – непросте завдання. Найпоширенішим методом є «термінальний аналіз зразків на рівні однієї клітини», що означає, що вчені можуть вивчати конкретні β-клітини лише один раз — і лише тоді, коли вони повністю розвинені. Це не дозволяє нам відстежувати розвиток одного й того ж підтипу клітин на різних стадіях: диференціація, дозрівання, поділ, старіння, смерть тощо. Можливість спостерігати за ними на всіх стадіях забезпечила б краще розуміння того, як стан клітин змінюється з часом або за різних фізіологічних умов.

Щоб подолати це обмеження, Гу, Ходжес та Лау розробили метод постійного мічення клітин-попередників, які дають початок β-клітинам, різними комбінаціями експресії генів. Ці мітки дозволили дослідникам відстежувати ті самі підтипи β-клітин на різних стадіях розвитку та відповідати на фундаментальні питання з більшою впевненістю.

Їхнє дослідження дало три основні висновки:

1. Клітини-попередники, що утворюють β-клітини з різними генетичними маркерами в ембріонах мишей, дають початок підтипам β-клітин з різним ступенем «придатності» у дорослих мишей. Це допомагає зрозуміти, як формуються ці підтипи та як цей процес можна маніпулювати в майбутньому, щоб збільшити частку «здорових» β-клітин та зменшити ризик діабету.
2. Раціон самок мишей під час вагітності безпосередньо впливає на співвідношення високофункціональних та низькофункціональних β-клітин у потомства. Наприклад, якщо мати харчується жирною їжею та страждає на ожиріння, її потомство має менше глюкозочутливих β-клітин. Ця модель підтверджує, що материнське ожиріння збільшує ризик розвитку діабету у потомства. Це дає лікарям та дослідникам краще розуміння ролі спадковості та материнського здоров'я.
3. Підтипи β-клітин, виявлені у мишей, мають аналоги в підшлунковій залозі людини. Більше того, підтип, який має найбільшу пристосованість у людей, знижений у пацієнтів з діабетом 2 типу. Хоча не всі результати дослідження тварин безпосередньо застосовні до людей, результати свідчать про те, що моделі на мишах можуть бути корисними для розуміння біології людини та діабету.

Зараз дослідники планують вивчити, як саме формуються та підтримуються епігенетичні патерни (вищезгадані маркери експресії генів) у різних підтипах β-клітин, і як їх порушення впливає на функцію клітин.

«Завдяки цьому та іншим дослідженням у майбутньому можна буде розробити харчову добавку для вагітних жінок, яка знизить ризик розвитку діабету у дитини», — каже Гу.

Залишаються інші важливі питання: чи можливо, наприклад, покращити функціональну якість β-подібних клітин, отриманих з ембріональних стовбурових клітин людини, шляхом модуляції метилювання ДНК (одного з епігенетичних маркерів)? Якщо так, то чи можна використовувати такі β-клітини в трансплантаційній терапії, під час якої пацієнтам з діабетом 2 типу трансплантують β-клітини з високим рівнем фізичної підготовки?

Відповіді на ці питання ще належить знайти.