Nutrient regulation of pancreatic beta-cell function in diabetes: problems and potential solutions

increasing prevalence of obesity combined with longevity will produce an epidemic of Type 2 (non-insulin-dependent) diabetes in the next 20 years. This. disease is associated with defects in insulin secretion, specifically abnormalities of insulin secretory kinetics and pancreatic beta-cell glucose responsiveness. Mechanisms underlying beta-cell dysfunction include glucose toxicity, lipotoxicity and beta-cell hyperactivity. Defects at various sites in beta-cell signal transduction pathways contribute, but no single lesion can account for the common form of Type 2 diabetes. Recent studies highlight diverse beta-cell actions of GLP-1 (glucagon-like peptide-1) and GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide). These intestinal hormones target the beta-cell to stimulate glucose-dependent insulin secretion through activation of protein kinase A and associated pathways. Both increase gene expression and proinsulin biosynthesis, protect against apoptosis and stimulate replication/neogenesis of beta-cells. Incretin hormones therefore represent an exciting future multi-action solution to correct beta-cell defect in Type 2 diabetes.

Insulin secretion is regulated by the glucose-dependent production of islet beta cell macrophage migration inhibitory factor.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF), originally identified as a cytokine secreted by T lymphocytes, was found recently to be both a pituitary hormone and a mediator released by immune cells in response to glucocorticoid stimulation. We report here that the insulin-secreting beta cell of the islets of Langerhans expresses MIF and that its production is regulated by glucose in a time- and concentration-dependent manner. MIF and insulin colocalize by immunocytochemistry within the secretory granules of the pancreatic islet beta cells, and once released, MIF appears to regulate insulin release in an autocrine fashion. In perifusion studies performed with isolated rat islets, immunoneutralization of MIF reduced the first and second phase of the glucose-induced insulin secretion response by 39% and 31%, respectively. Conversely, exogenously added recombinant MIF was found to potentiate insulin release. Constitutive expression of MIF antisense RNA in the insulin-secreting INS-1 cell line inhibited MIF protein synthesis and decreased significantly glucose-induced insulin release. MIF is therefore a glucose-dependent, islet cell product that regulates insulin secretion in a positive manner and may play an important role in carbohydrate metabolism.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Variation in the FFAR1 gene modifies BMI, body composition and plasma lipids but not plasma insulin or Beta-cell function in overweight subjects

Background FFAR1 receptor is a long chain fatty acid G-protein coupled receptor which is expressed widely, but found in high density in the pancreas and central nervous system. It has been suggested that FFAR1 may play a role in insulin sensitivity, lipotoxicity and is associated with type 2 diabetes. Here we investigate the effect of three common SNPs of FFAR1 (rs2301151; rs16970264; rs1573611) on pancreatic function, BMI, body composition and plasma lipids. Methodology/Principal Findings For this enquiry we used the baseline RISCK data, which provides a cohort of overweight subjects at increased cardiometabolic risk with detailed phenotyping. The key findings were SNPs of the FFAR1 gene region were associated with differences in body composition and lipids, and the effects of the 3 SNPs combined were cumulative on BMI, body composition and total cholesterol. The effects on BMI and body fat were predominantly mediated by rs1573611 (1.06 kg/m2 higher (P = 0.009) BMI and 1.53% higher (P = 0.002) body fat per C allele). Differences in plasma lipids were also associated with the BMI-increasing allele of rs2301151 including higher total cholesterol (0.2 mmol/L per G allele, P = 0.01) and with the variant A allele of rs16970264 associated with lower total (0.3 mmol/L, P = 0.02) and LDL (0.2 mmol/L, P<0.05) cholesterol, but also with lower HDL-cholesterol (0.09 mmol/L, P<0.05) although the difference was not apparent when controlling for multiple testing. There were no statistically significant effects of the three SNPs on insulin sensitivity or beta cell function. However accumulated risk allele showed a lower beta cell function on increasing plasma fatty acids with a carbon chain greater than six. Conclusions/Significance Differences in body composition and lipids associated with common SNPs in the FFAR1 gene were apparently not mediated by changes in insulin sensitivity or beta-cell function.

Ethnic differences in beta-cell function, dietary intake and expression of the metabolic syndrome among UK adults of south Asian, black African-Caribbean and white-European origin at high risk of metabolic syndrome

A cross-sectional analysis of ethnic differences in dietary intake, insulin sensitivity and beta-cell function, using the intravenous glucose tolerance test (IVGTT), was conducted on 497 healthy adult participants of the ‘Reading, Imperial, Surrey, Cambridge, and Kings’ (RISCK) study. Insulin sensitivity (Si) was significantly lower in African-Caribbean (AC) and South Asian (SA) participants [IVGTT-Si; AC: 2.13 vs SA: 2.25 vs white-European (WE): 2.84 (×10−4 mL µU min)2, p < 0.001]. AC participants had a higher prevalence of anti-hypertensive therapy (AC: 19.7% vs SA: 7.5%), the most cardioprotective lipid profile [total:high-density lipoprotein (HDL); AC: 3.52 vs SA: 4.08 vs WE: 3.83, p = 0.03] and more pronounced hyperinsulinaemia [IVGTT–acute insulin response (AIR)] [AC: 575 vs SA: 428 vs WE: 344 mL/µU/min)2, p = 0.002], specifically in female participants. Intake of saturated fat and carbohydrate was lower and higher in AC (10.9% and 50.4%) and SA (11.1% and 52.3%), respectively, compared to WE (13.6% and 43.8%, p < 0.001). Insulin resistance in ACs is characterised by ‘normal’ lipid profiles but high rates of hypertension and pronounced hyperinsulinaemia.