456 resultados para Langerhans Zelle
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The systemic response to injury or infection is often accompanied by significant alterations in host metabolism and glucose homeostasis. Within the liver, these changes include a decrease in glycogenesis and an increase in gluconeogenesis, and in peripheral tissues, the development of insulin resistance and the increased utilization of glucose by non-insulin-dependent pathways. Depending on the severity and the duration of the response, both hyper- and hypoglycemia can ensue and each can become a clinically important manifestation of the systemic inflammatory response. The protein known as macrophage migration inhibitory factor (MIF) has been identified recently to play a central role in host immunity and to regulate glucocorticoid effects on the immune and inflammatory systems. MIF is released in vivo from activated immune cells as well as by the anterior pituitary gland upon stimulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. MIF also has been found to be secreted together with insulin from the pancreatic beta-cells and to act as an autocrine factor to stimulate insulin release. Since circulating MIF levels are elevated during stress or systemic inflammatory processes, this protein may play a central role in the control of insulin secretion during various disease states.
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Early revascularization of pancreatic islet cells after transplantation is crucial for engraftment, and it has been suggested that vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) plays a significant role in this process. Although VEGF gene therapy can improve angiogenesis, uncontrolled VEGF secretion can lead to vascular tumor formation. Here we have explored the role of temporal VEGF expression, controlled by a tetracycline (TC)-regulated promoter, on revascularization and engraftment of genetically modified beta cells following transplantation. To this end, we modified the CDM3D beta cell line using a lentiviral vector to promote secretion of VEGF-A either in a TC-regulated (TET cells) or a constitutive (PGK cells) manner. VEGF secretion, angiogenesis, cell proliferation, and stimulated insulin secretion were assessed in vitro. VEGF secretion was increased in TET and PGK cells, and VEGF delivery resulted in angiogenesis, whereas addition of TC inhibited these processes. Insulin secretion by the three cell types was similar. We used a syngeneic mouse model of transplantation to assess the effects of this controlled VEGF expression in vivo. Time to normoglycemia, intraperitoneal glucose tolerance test, graft vascular density, and cellular mass were evaluated. Increased expression of VEGF resulted in significantly better revascularization and engraftment after transplantation when compared to control cells. In vivo, there was a significant increase in vascular density in grafted TET and PGK cells versus control cells. Moreover, the time for diabetic mice to return to normoglycemia and the stimulated plasma glucose clearance were also significantly accelerated in mice transplanted with TET and PGK cells when compared to control cells. VEGF was only needed during the first 2-3 weeks after transplantation; when removed, normoglycemia and graft vascularization were maintained. TC-treated mice grafted with TC-treated cells failed to restore normoglycemia. This approach allowed us to switch off VEGF secretion when the desired effects had been achieved. TC-regulated temporal expression of VEGF using a gene therapy approach presents a novel way to improve early revascularization and engraftment after islet cell transplantation.
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We previously reported that interleukin-1beta (IL-1beta) alone does not cause apoptosis of beta-cells, whereas when combined with gamma-interferon (IFN-gamma) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), it exerts a distinct apoptotic effect. Studies in beta-cell lines indicated that IL-1beta reduced expression of islet brain (IB)-1/JNK interacting protein (JIP)-1, a JNK scaffold protein with antiapoptotic action. We examined whether variations in IB1/JIP-1 expression in purified primary beta-cells affect their susceptibility to cytokine-induced apoptosis. Exposure to IL-1beta for 24 h decreased cellular IB1/JIP-1 content by 66 +/- 17%; this IL-1beta effect was maintained in the presence of TNF-alpha + IFN-gamma, which did not influence IB1/JIP-1 levels by themselves. Addition of IL-1beta to TNF-alpha + IFN-gamma increased apoptosis from 20 +/- 2% to 59 +/- 5%. A similar increase in TNF-alpha + IFN-gamma-induced apoptosis was produced by adenoviral expression of antisense IB1/JIP-1 and was not further enhanced by addition of IL-1beta, indicating that IL-1beta-mediated suppression of IB1/JIP-1 in beta-cells increases their susceptibility to cytokine-induced apoptosis. However, adenovirally mediated overexpression of IB1/JIP-1 also potentiated TNF-alpha + IFN-gamma-induced apoptosis, suggesting that the antiapoptotic effect of IB1/JIP-1 depends on well-defined cellular levels. We conclude that the IB1/JIP-1 level in beta-cells can control their susceptibility to apoptosis independent of JNK signaling.
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Division and proliferation of dendritic cells (DCs) have been proposed to contribute to homeostasis and to prolonged antigen presentation. Whether abnormal proliferation of dendritic cells causes Langerhans cell histiocytosis (LCH) is a highly debated topic. Transgenic expression of simian virus 40 (SV40) T antigens in mature DCs allowed their transformation in vivo while maintaining their phenotype, function, and maturation capacity. The transformed cells were differentiated splenic CD8 alpha-positive conventional dendritic cells with increased Langerin expression. Their selective transformation was correlated with higher steady-state cycling compared with CD8 alpha-negative DCs in wild-type and transgenic mice. Mice developed a DC disease involving the spleen, liver, bone marrow, thymus, and mesenteric lymph node. Surprisingly, lesions displayed key immunohistologic features of Langerhans cell histiocytosis, including expression of Langerin and absence of the abnormal mitoses observed in Langerhans cell sarcomas. Our results demonstrate that a transgenic mouse model with striking similarities to aggressive forms of multisystem histiocytosis, such as the Letterer-Siwe syndrome, can be obtained by transformation of conventional DCs. These findings suggest that conventional DCs may cause some human multisystem LCH. They can reveal shared molecular pathways for human histiocytosis between humans and mice
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Type 2 diabetes is a polygenic and genetically heterogeneous disease . The age of onset of the disease is usually late and environmental factors may be required to induce the complete diabetic phenotype. Susceptibility genes for diabetes have not yet been identified. Islet-brain-1 (IB1, encoded by MAPK8IP1), a novel DNA-binding transactivator of the glucose transporter GLUT2 (encoded by SLC2A2), is the homologue of the c-Jun amino-terminal kinase-interacting protein-1 (JIP-1; refs 2-5). We evaluated the role of IBi in beta-cells by expression of a MAPK8IP1 antisense RNA in a stable insulinoma beta-cell line. A 38% decrease in IB1 protein content resulted in a 49% and a 41% reduction in SLC2A2 and INS (encoding insulin) mRNA expression, respectively. In addition, we detected MAPK8IP1 transcripts and IBi protein in human pancreatic islets. These data establish MAPK8IP1 as a candidate gene for human diabetes. Sibpair analyses performed on i49 multiplex French families with type 2 diabetes excluded MAPK8IP1 as a major diabetogenic locus. We did, however, identify in one family a missense mutation located in the coding region of MAPK8IP1 (559N) that segregated with diabetes. In vitro, this mutation was associated with an inability of IB1 to prevent apoptosis induced by MAPK/ERK kinase kinase 1 (MEKK1) and a reduced ability to counteract the inhibitory action of the activated c-JUN amino-terminal kinase (JNK) pathway on INS transcriptional activity. Identification of this novel non-maturity onset diabetes of the young (MODY) form of diabetes demonstrates that IB1 is a key regulator of 3-cell function.
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A new generation of microcapsules based on the use of oligomers which participate in polyelectrolyte complexation reactions has been developed. These freeze-thaw stable capsules have been applied as a bioartificial pancreas and have resulted in normoglycemia for periods of six months in concordant xenotransplantations. The new chemistry permits the control of permeability and mechanical properties over a wide range and can be adapted both to microcapsule and hollow fiber geometries rendering it a robust tool for encapsulation in general. Methods, and metrics, for the characterization of the mechanical properties and permeability of microcapsules are presented.
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RESUME Le diabète de type 1 se définit comme un désordre métabolique d'origine auto-immune qui aboutit à la destruction progressive et sélective de la cellule ß-pancréatique sécrétrice d'insuline. Cette maladie représente 10 % des cas de diabète enregistrés dans la population mondiale, et touche les jeunes de moins de 20 ans. Le traitement médical par insulinothérapie corrige le manque d'hormone mais ne prévient pas les nombreuses complications telles que les atteintes cardiaques, neurologiques, rénales, rétiniennes, et les amputations que la maladie provoque. Le remplacement de la cellule ß par transplantation d'îlots de Langerhans est une alternative prometteuse au traitement médical du diabète de type 1. Cependant la greffe d'îlots est encore un traitement expérimental et ne permet pas un contrôle efficace de la glycémie au long terme chez les patients transplantés, et les raisons de cet échec restent mal comprises. L'obstacle immédiat qui se pose est la purification d'un nombre suffisant d'îlots viables et la perte massive de ces îlots dans les premières heures suite à la greffe. Cette tendance presque systématique de la perte fonctionnelle du greffon immédiatement après la transplantation est connue sous le terme de « primary graft non-function » (PNF). En effet, la procédure d'isolement des îlots provoque la destruction des composantes cellulaires et non cellulaires du tissu pancréatique qui jouent un rôle déterminant dans le processus de survie de l'îlot. De plus, la transplantation elle-même expose les cellules à différents stress, notamment le stress par les cytokines inflammatoires qui encourage la mort cellulaire par apoptose et provoque par la suite le rejet de la greffe. L'ensemble de ces mécanismes aboutit a une perte de la masse d'îlot estimée a plus de 60%. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à définir les voies majeures de stress qui régissent cette perte massive d'îlot par apoptose lors du processus d'isolement et suite à l'exposition immédiate aux cytokines. L'ensemble des résultats obtenus indique que plusieurs voies de signalisation intracellulaire sont recrutées qui s'activent de manière maximale très tôt lors des premières phases de l'isolement. La mise en culture des îlots deux jours permet aux voies activées de revenir aux taux de base. De ce fait nous proposons une stratégie dite de protection qui doit être 1) initiée aussitôt que possible lors de l'isolement des îlots pancréatiques, 2) devrait probablement bloquer l'activation de ces différentes voies de stress mis en évidence lors de notre étude et 3) devrait inclure la mise en culture des îlots purifiés deux jours après l'isolement et avant la transplantation. RESUME LARGE PUBLIC Le diabète est une maladie qui entraîne un taux anormalement élevé de sucre (glucose) dans le sang du à une insuffisance du pancréas endocrine à produire de l'insuline, une hormone qui régule la glycémie (taux de glucose dans le sang). On distingue deux types majeurs de diabètes; le diabète de type 1 ou juvénile ou encore appelé diabète maigre qui se manifeste souvent pendant l'enfance et qui se traduit par une déficience absolue en insuline. Le diabète de type 2 ou diabète gras est le plus fréquent, et touche les sujets de plus de 40 ans qui souffrent d'obésité et qui se traduit par une dysfonction de la cellule ß avec une incapacité à réguler la glycémie malgré la production d'insuline. Dans le diabète de type 1, la destruction de la cellule ß est programmée (apoptose) et est majoritairement provoquée par des médiateurs inflammatoires appelés cytokines qui sont produites localement par des cellules inflammatoires du système immunitaire qui envahissent la cellule ß-pancréatiques. Les cytokines activent différentes voies de signalisation parmi lesquelles on distingue celles des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPKs) composées de trois familles de MAPKs: ERK1/2, p38, et JNK, et la voie NF-κB. Le traitement médical par injections quotidiennes d'insuline permet de contrôler la glycémie mais ne prévient pas les nombreuses complications secondaires liées à cette maladie. La greffe d'îlots de Langerhans est une alternative possible au traitement médical, considérée avantageuse comparée a la greffe du pancréas entier. En effet l'embolisation d'îlots dans le foie par injection intraportale constitue une intervention simple sans complications majeures. Néanmoins la technique de préparation d'îlots altère la fonction endocrine et cause la perte massive d'îlots pancréatiques. De plus, la transplantation elle-même expose la cellule ß à différents stress, notamment le stress par les cytokines inflammatoires qui provoque le rejet de greffon cellulaire. Dans la perspective d'augmenter les rendements des îlots purifiés, nous nous sommes intéressés à définir les voies majeures de stress qui régissent cette perte massive d'îlot lors du processus d'isolement et suite à l'exposition immédiate aux cytokines après transplantation. L'ensemble de ces résultats indique que le stress induit lors de l'isolement des îlots et celui des cytokines recrute différentes voies de signalisation intracellulaire (JNK, p38 et NF-κB) qui s'additionnent entre-elles pour altérer la fonction et la viabilité de l'îlot. De ce fait une stratégie doit être mise en place pour bloquer toute action synergique entre ces différentes voies activées pour améliorer la viabilité et la fonction de la cellule ß lors du greffon cellulaire. SUMMARY Type 1 diabetes mellitus (T1DM) is an autoimmune disease characterized by the progressive and selective destruction of the pancreatic ß-cells that secrete insulin, leading to absolute insulin deficiency. T1DM accounts for about 10% of all diabetes cases, affecting persons younger than 20 years of age. Medical treatment using daily exogenous insulin injection corrects hormone deficiency but does not prevent devastating complications such as heart attack, neuropathy, kidney failure, blindness, and amputation caused by the disease. Pancreatic islet transplantation (PIT) is one strategy that holds promise to cure patients with T1DM, but purified pancreatic islet grafts have failed to maintain long-term glucose homeostasis in human recipients, the reasons for this failure being still poorly understood. There is however a more immediate problem with islet grafting that is dependent upon poor islet recovery from donors and early islet loss following the first hours of grafting. This tendency of islet grafts to fail to function within a short period after transplantation is termed primary graft non-function (PNF). Indeed, the islet isolation procedure itself destroys cellular and non-cellular components of the pancreas that may play a role in supporting islet survival. Further, islet transplantation exposes cells to a variety of stressful stimuli, notably pro-inflammatory cytokines that encourage ß-cell death by apoptosis and lead to early graft failure. Altogether these mechanisms lead to an estimated loss of 60% of the total islet mass. Here, we have mapped the major intracellular stress signaling pathways that may mediate human islet loss by apoptosis during isolation and following cytokine attack. We found that several stress pathways are maximally activated from the earliest stages of the isolation procedure. Culturing islet for two days allow for the activated pathways to return to basal levels. We propose that protective strategies should 1) be initiated as early as possible during isolation of the islets, 2) should probably target the activated stress pathways that we uncovered during our studies and 3) should include culturing islets for two days post-isolation and prior transplantation.
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Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.
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Progressive destruction of the insulin-producing beta cells in nonobese diabetic mice is observed after infiltration of the pancreas with lymphocytes [Makino, S., Kunimoto, K., Muraoka, Y., Mizushima, Y., Katagiri, K. & Tochino, Y. (1980) Exp. Anim. (Tokyo) 29, 1-13]. We show that the genes for tumor necrosis factor alpha and granzyme A, a serine protease associated with cytoplasmic granules of cytotoxic cells, are expressed during the development of spontaneous diabetes mellitus in the nonobese diabetic mouse. Granzyme A-positive cells are found both in and surrounding the islets, implying induction prior to islet infiltration. Tumor necrosis factor alpha expression is exclusively observed in the intra-islet infiltrate, predominantly in lymphocytes adjacent to insulin-producing beta cells, the targets of the autoimmune destruction, implying that tumor necrosis factor alpha expression is induced locally--i.e., in the islet. A considerable portion of cells expressing tumor necrosis factor alpha appear to be CD4+ T cells. This T-cell subset was previously shown to be necessary for development of the disease. Thus, these findings may be important for understanding the pathogenesis of autoimmune diabetes mellitus and potentially also for that of other T-cell-mediated autoimmune diseases.
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Streptozotocin injection in animals destroys pancreatic beta cells, leading to insulinopenic diabetes. Here, we evaluated the toxic effect of streptozotocin (STZ) in GLUT2(-/-) mice reexpressing either GLUT1 or GLUT2 in their beta cells under the rat insulin promoter (RIPG1 x G2(-/-) and RIPG2 x G2(-/-) mice, respectively). We demonstrated that injection of STZ into RIPG2 x G2(-/-) mice induced hyperglycemia (>20 mM) and an approximately 80% reduction in pancreatic insulin content. In vitro, the viability of RIPG2 x G2(-/-) islets was also strongly reduced. In contrast, STZ did not induce hyperglycemia in RIPG1 x G2(-/-) mice and did not reduce pancreatic insulin content. The viability of in vitro cultured RIPG1 x G2(-/-) islets was also unaffected by STZ. As islets from each type of transgenic mice were functionally indistinguishable, these data strongly support the notion that STZ toxicity toward beta cells depends on the expression of GLUT2.
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OBJECTIVE: Visceral obesity and elevated plasma free fatty acids are predisposing factors for type 2 diabetes. Chronic exposure to these lipids is detrimental for pancreatic beta-cells, resulting in reduced insulin content, defective insulin secretion, and apoptosis. We investigated the involvement in this phenomenon of microRNAs (miRNAs), a class of noncoding RNAs regulating gene expression by sequence-specific inhibition of mRNA translation. RESEARCH DESIGN AND METHODS: We analyzed miRNA expression in insulin-secreting cell lines or pancreatic islets exposed to palmitate for 3 days and in islets from diabetic db/db mice. We studied the signaling pathways triggering the changes in miRNA expression and determined the impact of the miRNAs affected by palmitate on insulin secretion and apoptosis. RESULTS: Prolonged exposure of the beta-cell line MIN6B1 and pancreatic islets to palmitate causes a time- and dose-dependent increase of miR34a and miR146. Elevated levels of these miRNAs are also observed in islets of diabetic db/db mice. miR34a rise is linked to activation of p53 and results in sensitization to apoptosis and impaired nutrient-induced secretion. The latter effect is associated with inhibition of the expression of vesicle-associated membrane protein 2, a key player in beta-cell exocytosis. Higher miR146 levels do not affect the capacity to release insulin but contribute to increased apoptosis. Treatment with oligonucleotides that block miR34a or miR146 activity partially protects palmitate-treated cells from apoptosis but is insufficient to restore normal secretion. CONCLUSIONS: Our findings suggest that at least part of the detrimental effects of palmitate on beta-cells is caused by alterations in the level of specific miRNAs.
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In islet transplantation, nonimmunological factors such as limited growth capacity or increased death rate could reduce the beta cell mass in the graft and lead to failure of the transplant. We studied the evolution of beta cell replication and mass after transplantation of insufficient, minimally sufficient, or excessive islet tissue. Streptozocin diabetic C57BL/6 mice received 150 or 300 syngeneic islets under the kidney capsule and normal mice received 300 islets. In streptozocin diabetic mice 300 islets restored normoglycemia; beta cell replication in transplanted islets was similar to replication in normal pancreas and beta cell mass in the graft remained constant. In contrast, 150 islets were insufficient to achieve normoglycemia; beta cell replication was increased initially but not by 18 or 30 d despite persistent hyperglycemia, and beta cell mass fell progressively. When islets were transplanted into normal recipients, beta cell replication remained normal but beta cells underwent atrophy and mass in the graft was substantially reduced. Therefore, with a successful islet transplant, in diabetic mice beta cell replication and mass remain constant. In contrast, when insufficient islet tissue is transplanted an initial increase in beta cell replication can not compensate for a decline in beta cell mass. When excessive islet tissue is transplanted, beta cell mass is reduced despite normal beta cell replication.
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We determined the capacity of transplanted beta cells to modify their replication and mass when stimulated by changes in metabolic demand. Five groups of Lewis rats were studied: group 1 (Tx-Px) had a 95% pancreatectomy 14 d after transplantation of 500 islets; group 2 (Px-Tx) had a 95% pancreatectomy 14 d before transplantation of 500 islets; group 3 (Tx) was transplanted with 500 islets; group 4 (Px) had a 95% pancreatectomy; and group 5 (normal) was neither transplanted nor pancreatectomized. Blood glucose was normal in Tx-Px and Tx groups at all times. Px-Tx and Px groups developed severe hyperglycemia after pancreatectomy that was corrected in Px-Tx group in 83% of rats 28 d after transplantation. Replication of transplanted beta cells increased in Tx-Px (1.15 +/- 0.12%) and Px-Tx (0.85 +/- 0.12%) groups, but not in Tx group (0.64 +/- 0.07%) compared with normal pancreatic beta cells (0.38 +/- 0.05%) (P < 0.001). Mean beta cell size increased in Tx-Px (311 +/- 14 microns2) and Px-Tx (328 +/- 13 microns2) groups compared with Tx (252 +/- 12 microns2) and normal (239 +/- 9 microns2) groups (P < 0.001). Transplanted beta cell mass increased in Tx-Px (1.87 +/- 0.51 mg) and Px-Tx (1.55 +/- 0.21 mg) groups compared with Tx group (0.78 +/- 0.17 mg) (P < 0.05). In summary, changes in transplanted beta cells prevented the development of hyperglycemia in Tx-Px rats. Transplanted beta cells responded to increased metabolic demand increasing their beta cell mass.
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Neuropeptide Y (NPY) is a 36 amino acid peptide known to inhibit glucose-stimulated insulin secretion. NPY has recently been shown to be synthetized within rat islets of Langerhans and to be secreted in a differentiated rat insulin-secreting cell line, and as to this date the localization of NPY in human endocrine pancreas has not been reported. As NPY shares high amino acid sequence homology with peptide YY (PYY) and pancreatic polypeptide (PP), the polyclonal antibodies raised against these peptides often cross-react with each other. To demonstrate the presence of NPY in the human endocrine pancreas, we used a highly specific monoclonal antibody raised against NPY and another against its C-flanking peptide (CPON). We studied three cases of hyperplasia of Langerhans islets and 11 cases of endocrine tumors of the pancreas. NPY and CPON were detected in all three cases of hyperplasia. For the 11 pancreatic tumors, five and nine of the tumors were positive for the antibodies NPY and CPON, respectively. The two negative tumors for CPON immunoreactivity were differentiated insulinomas, which showed no evidence of other hormonal secretion. In normal Langerhans islet, NPY and CPON immunoreactivities were colocalized in glucagon-producing cells (alpha-cells) and in a few insulin-secreting cell (beta-cells).(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)