Инцептор β-клеток поджелудочной железы ограничивает секрецию инсулина и чувствительность к нему

Уровень глюкозы в крови регулируется инсулином, который вырабатывают β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы. В созревании инсулина ключевую роль играет транспортировка его предшественника — проинсулина — в секреторных гранулах из транс-сети комплекса Гольджи, поскольку таким образом выделяется около 99% этого гормона и регулируется его синтез. При этом неизвестно, может ли ограничиваться секреция самого проинсулина, а также каковы механизмы его транспортировки и деградации. Недавно был описан особый трансмембранный рецептор — инцептор, или ингибиторный рецептор инсулина. Он широко представлен на β-клетках и препятствует сигналингу через рецепторы инсулина (INSR) и инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1R), а также облегчает эндоцитоз INSR и IGF1R, снижая чувствительность β-клеток к инсулину.

В одном из своих предыдущих исследований международная группа ученых установила, что у мышей с двойным нокаутом по гену инцептора (IIR^-/-) при рождении повышены масса β-клеток и уровень инсулина в поджелудочной железе, но механизм этого явления еще не описан. В свежей статье, опубликованной в Nature Metabolism, авторы представили данные о роли инцептора в лизосомальной деградации проинсулина и инсулина, а также воспроизвели в изолированных островках β-клеток человека фенотип нокаутных по IIR мышей путем его блокирования моноклональным антителом.

Ученые получили клетки поджелудочной железы из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (ИПСК) двумя способами — с нокаутом инцептора, который выполнялся с помощью системы CRISPR-Cas9, и без него. Островки, полученные из IIR^−/− клеток, содержали больше β-клеток по сравнению с нормальными, а количество α-клеток было снижено — это подтвердили секвенированием РНК единичных клеток (scRNA-seq). С помощью прижизненной флуоресцентной микроскопии и проточной цитометрии авторы выявили повышенное содержание проинсулина и инсулина в нокаутных по инцептору β-клетках, что согласуется с данными предыдущего исследования на мышах.

Далее исследователи применили метод динамического измерения глюкозостимулированной секреции инсулина (dGSIS), в котором островки клеток поджелудочной железы подвергаются воздействию постепенно меняющихся концентраций глюкозы в течение определенного времени. Это позволяет оценить их функциональность и ответ β-клеток на различные уровни глюкозы. Данный показатель заметно улучшился в островках из нокаутных по инцептору клеток.

Следующим шагом ученые создали модель оверэкспрессии инцептора с помощью лентивирусной системы. В таких клетках наблюдали снижение уровня инсулина и образование зрелых секреторных гранул. Чтобы определить стабильность гормона, клетки обработали ингибитором транскрипции и установили, что уровень проинсулина остается более высоким в нокаутных по инцептору β-клетках. Та же тенденция наблюдалась и для зрелого инсулина, хотя его уровни не так сильно различались между нокаутными и нормальными клетками поджелудочной железы. Кроме того, при обработке ингибиторами лизосом проинсулин накапливался в нормальных, но не нокаутных по инцептору клетках, что указывает на роль инцептора в лизосомальной деградации проинсулина. Дальнейшие эксперименты показали, что инцецептор c помощью адаптерных белков интернализуется в клатриновые везикулы, которые затем транспортируются к эндосомам и лизосомам. В них он действует как сортировочный рецептор, направляя проинсулин и инсулин на лизосомальную деградацию. На разных клеточных линиях ученые проверили и подтвердили предположение, что инцептор напрямую связывает инсулин и проинсулин благодаря структурному сходству между их богатыми цистеином доменами, регулируя таким образом интернализацию экзогенного инсулина или транспортировку вновь синтезированного проинсулина.

В заключение ученые показали, что блокирование инцептора моноклональными антителами полностью воспроизводит фенотип нокаутных по нему β-клеток поджелудочной железы: повышается уровень проинсулина и инсулина, и, что еще более важно, улучается показатель динамической глюкозостимулированной секреции инсулина по сравнению с интактными изолированными островками. Авторы предположили в качестве возможного механизма то, что связанный с антителом инцептор уже недоступен для связывания проинсулина.

Подводя итог, инцептор способен связывать проинсулин и инсулин в β-клетках поджелудочной железы, полученных из ИПСК человека, регулируя их лизосомальную деградацию. При нокауте инцептора в клетках поджелудочной железы повышается уровень этих гормонов, что согласуется с фенотипом IIR^−/− мышей, а также улучшаются показатели динамической глюкозостимулированной секреции инсулина. Блокировка инцептора моноклональным антителом дала аналогичный эффект. Это делает нацеливание на инцептор многообещающей стратегией для терапии сахарного диабета 2 типа, поскольку может улучшить функции ответственных за секрецию инсулина β-клеток поджелудочной железы.

Деметилирование поможет восстановлению инсулин-производящих клеток