Работна група за захарен диабет - Институт по медицинска биохимия и молекулярна биология

изследвания
Работна група за захарен диабет

Проф. Тийдж

Захарният диабет е най-важното от икономическа гледна точка метаболитно заболяване в западните индустриализирани страни, засягащо над 5% от населението. Инсулинозависимият захарен диабет (тип 1 или IDDM) се характеризира със селективно унищожаване на произвеждащите инсулин бета клетки в панкреаса, което изисква заместване на хормона за цял живот. Захарният диабет тип 2 (NIDDM или диабет при възрастни) се причинява от взаимодействието на изразена инсулинова резистентност, което е свързано с нарушения на секрецията на бета клетките. Хронично повишените нива на глюкоза в кръвта водят до дългосрочни микро- и макросъдови увреждания през годините, което води до слепота, бъбречна недостатъчност, миокарден инфаркт и нарушения на мозъчното кръвообращение.
Основният фокус на изследването на института е върху бета клетките на панкреаса. Бета-клетката на панкреаса има две изключителни свойства, които я отличават от другите видове ендокринни клетки:

Сигналът за задействане на секрецията на инсулин се генерира в метаболизма на бета-клетката („свързване на секрецията на метаболитен стимул“). Това означава, че промените в междинния метаболизъм влияят на секреторната функция на клетката и водят до нарушения на секрецията, както се наблюдават при захарен диабет тип 2.
Бета-клетката е изключително чувствителна към стресори (провъзпалителни цитокини, свободни радикали, високи нива на кръвната глюкоза), които водят до апоптотична и некротична клетъчна смърт.

Във фокуса на изследването на бета клетките на преден план са следните аспекти:

да се изследват ефектите на антиоксидантния защитен статус върху цитокин-медиираното активиране на стреса-реагиращи кинази (p38, ERK, JNK), както и върху сигнални елементи на ER стрес (функция Serca2, активиране на CHOP, експресия на BiP шаперон),
Да експресира антиоксидантни ензими и инхибитори на стрес-реагиращия транскрипционен фактор NF-κB в първични островни клетки с помощта на адено- и лентивирусни вектори и да характеризира защитни ефекти при in vitro условия и след трансплантация на островчета при модел на плъх,
да се изследва дали невропротективните ефекти на еритропоетина могат да бъдат пренесени върху бета клетките на панкреаса. За тази цел се характеризират класически EPO сигнални пътища и продуциращи инсулин клетъчни линии и изолирани първични панкреатични островчета.

Партньор за сътрудничество

Проф. Дж. Неруп, д-р. A. Karlsen, Център за диабет Steno, Gentofte, Дания
Проф. Д. Ейзирик, ULB, Брюксел, Белгия
Проф. Т. Mandrup-Poulsen, изследователски център Hagedorn, Gentofte, Дания
Проф. C. Mathieu, Университет в Льовен, Льовен, Белгия

Факторите на извънклетъчната матрица, включително адхезионни протеини и колаген, имат различни ефекти върху диференциацията, пролиферацията и функцията на бета клетките. Панкреасните звездни клетки са способни да секретират матрични фактори, процес, който играе роля в патогенезата на хроничния панкреатит. Звездните клетки могат да бъдат открити както в екзокринния, така и в ендокринния панкреас, въпреки че функцията на този тип клетки в островчетата Лангерханс е неясна. В сътрудничество с работната група на PD Dr. Jaster (Клиника по гастроентерология), която има международно признат опит в областта на изследването на звездни клетки, е да изследва взаимодействието на звездните клетки с бета клетките в панкреаса.
Целта на проучванията е:

да се характеризират ефектите на секретираните матрични фактори от култури на звездни клетки върху функцията на бета клетките,
за изясняване дали матричните фактори влияят върху чувствителността на бета клетките към специфични за диабета стресори (цитокини, глюкоза и липотоксичност),
да се характеризира влиянието на матричните фактори върху пролиферацията на бета клетки и диференциацията на бета клетки от дуктални клетки.

използване на регулаторни анти CD4 + и стимулиращи анти CTLA-4 антитела за въздействие върху автоимунния процес и индуциране на толерантност към автоагресивни Т клетки,
за изследване на потенциала на регенерация на бета клетки при условия на имунна модулация. За тази цел ще се изследва разпространението на клетки, произвеждащи инсулин от дуктални клетки-предшественици във фазите на инфилтрация на остров Лангерханс.

Партньор за сътрудничество

Проф. HJ Hedrich, Медицинско училище в Хановер
Проф. А. Йорнс, Медицинско училище в Хановер

4. Регулаторни принципи на глюкокиназата в бета клетките на панкреаса

Като глюкозо-фосфорилиращ ензим със субстратен афинитет във физиологичния милимоларен концентрационен диапазон, глюкокиназата е идеален глюкозен сензор за произвеждащите инсулин бета-клетки на панкреаса и черния дроб. В концепцията за метаболитно свързване на стимул-секреция, глюкокиназата в бета-клетките на панкреаса представлява ограничаващ потока елемент. на захарен диабет тип 2. Молекулярните механизми на зависимата от храненето физиологична регулация на глюкокиназата в бета клетките на панкреаса са сложни на нивото на гена и ензимния протеин. Използвайки чувствителна количествена RT-PCR техника и Northern blot анализи, беше възможно да се покаже, че сигналът за транскрипционните модулации на генната експресия се генерира в метаболизма на бета клетката. Две наблюдения бяха от решаващо значение:

Глюкокиназата се свързва с вътреклетъчен протеинов фактор в бета-клетките, произвеждащи инсулин, и специфичната му активност се модулира от глюкозата.
В сравнение с високоафинитетните хексокинази тип I - III, глюкокиназата показва повишена чувствителност към окисляването на свободните странични групи SH, които водят до образуването на серни мостове поради конформационни промени и по този начин вътреклетъчният редокс статус изглежда като регулиращ принцип.

Ензимът фосфофруктокиназа тип 2 (PFK2) е идентифициран като свързващ партньор на глюкокиназата в бета клетката. Това е бифункционален ензим, който регулира един от най-важните регулатори на гликолизата - фруктоза-2,6-бисфосфат - нагоре или надолу в зависимост от активността на киназата или фосфатазата. PFK2 представлява активиращ свързващ партньор на глюкокиназата.След свръхекспресия на ензима в клетъчните линии, произвеждащи инсулин, може да се наблюдава повишаване на стойността на Vmax, докато афинитетът към глюкозата остава непроменен. Следователно взаимодействието на глюкокиназата с PFK2 обяснява много добре промените в кинетичните параметри, които се наблюдават при физиологичната регулация от глюкозата. Изследванията върху глюкокиназата имат голямо клинично значение, тъй като веществата, които активират глюкокиназата, са идентифицирани от 90-те години на миналия век. Тези активатори увеличават ензимната активност на глюкокиназата и по този начин подобряват секрецията на инсулин на бета клетките на панкреаса.
Целта на проучванията е:

за изследване на ефектите на глюкозните и GK активаторите върху вътреклетъчната компартментализация,
за характеризиране на взаимодействието между глюкокиназа и PFK-2 при условия на глюкоза и липотоксичност,
да се изследва механизмът на взаимодействие между глюкокиназа и PFK-2 посредством белези, маркирани с флуоресценция, които позволяват да се направят заключения относно конформационните промени на глюкокиназния протеин.

Партньор за сътрудничество

Проф. С. Ленцен, медицинско училище в Хановер
Проф. Л. Агиус, Университет Нюкасъл, Нюкасъл, Великобритания
Проф. А. Ланг, Университет в Минеаполис, Минеаполис, САЩ