Bases moleculares del efecto del tungstato de sodio sobre la plasticidad pancreática y Tmem77

Abstract

Esta tesis tiene dos partes bien diferenciadas. Una primera, en la que investigan las bases moleculares por las que el tratamiento con tungstato de sodio es capaz de inducir una regeneración del páncreas en los animales diabéticos. Y una segunda, que se centra en el papel de la proteína Tmem27 sobre los islotes pancreáticos y su posible uso como biomarcador de masa beta pancreática.<br/><br/>Cada parte ha dado lugar a una publicación en una revista:<br/><br/>A) "Molecular mechanisms of tungstate-induced pancreatic plasticity: a transcriptomics approach". BMC Genomics. 2009;10:406.<br/><br/>ANTECEDENTES: El tungstato de sodio es un reconocido agente anti-diabético, capaz de incrementar la masa de células beta en modelos animales de diabetes. En la actualidad, los mecanismos moleculares por los que actúa y los genes que controlan la plasticidad pancreática son desconocidos. A través de una aproximación transcriptómica, nos proponemos descubrir lo mecanismos moleculares que participan en la recuperación de la función exocrina y endocrina de las ratas diabéticas-(STZ) tratadas con tungstato de sodio, determinando la contribución sobre este proceso del estado de hiperglicemia y el efecto directo/indirecto del tungstato. <br/><br/>RESULTADOS: Las ratas diabéticas-(STZ) tratadas con tungstato presentaron una recuperación parcial de la función pancreática exocrina y endocrina, junto con un incremento en la masa de células beta. El análisis por microarrays del páncreas total definió tres grupos de genes: alterados por la diabetes, recuperados por el tratamiento e inducidos específicamente en los animales diabéticos tratados con tungstato. La contribución de la normalización de la hiperglicemia a estos cambios se estudió en animales diabéticos tratados con fluoricina, concluyendo que son independientes de la glicemia. Además, se estudió el efecto directo/indirecto del tungstato en células INS-1E tratadas con tungstato de sodio y con el suero de los diferentes animales, observándose que los cambios detectados eran debidos a efectos directos e indirectos del propio tratamiento. Por último, se examinó la vía de las MAPK, concluyéndose que era responsable del aumento de la proliferación observado sobre las células beta, a través de un mecanismo de modulación directo e indirecto.<br/>CONCLUSIONES: El tratamiento con tungstato mejora la función pancreática de forma directa e indirecta, a través de una combinación de vías independientes de la glicemia, donde la vía de las MAPK juega un papel clave sobre el incremento de la proliferación de las células beta.<br/><br/>B) "The role of transmembrane protein 27 (TMEM27) in islet physiology and its potential use as a beta cell mass biomarker". Diabetologia.2010;53:1406-14.<br/><br/>ANTECEDENTES: La proteína Transmembrana 27 (TMEM27) ha sido descrita en las células beta, donde estaría implicada en procesos de secreción de insulina y/o de proliferación. Además, ha sido propuesta como un marcador de masa de células beta. <br/><br/>RESULTADOS: Los islotes provinentes de donantes pancreáticos con diabetes presentan niveles de ARNm de TMEM27 inferiores de los donantes sin patología, observándose una correlación significativa con el gen ESNAPINA en islotes humanos sin patología. En las ratas no-diabéticas tratadas con tungstato de sodio, que presentan un incremento en la proliferación de las células beta y una disminución en la secreción de insulina, la expresión de Tmem27 se haya disminuida. En células INS-1 832/13 e islotes, la sobrexpresión de Tmem27 da lugar a un incremento significativo de la secreción de glucosa inducida por glucosa con un incremento nulo o muy pequeño en la proliferación. Finalmente, Tmem27 puede ser escindido por células beta y células renales proximales tubulares.<br/><br/>CONCLUSIONES: Los datos presentados apoyan la idea que Tmem27 está implicado en procesos de secreción de insulina inducidos por glucosa, pero no en procesos de proliferación. Además, el hecho que pueda ser escindido en células renales, invalida su posible uso como biomarcador de masa de células beta.

<I>The content of this thesis is summarised in the articles:<br/><br/>a) Molecular mechanisms of tungstate-induced pancreatic plasticity: a transcriptomics approach. BMC Genomics. 2009;10:406.<br/><br/>BACKGROUND: Molecular mechanisms which recover the pancreatic function of (STZ)-diabetic rats treated with tungstate are unknown. <br/><br/>RESULTS: Tungstate treated (STZ)-diabetic rats showed a partial recovery of exocrine and endocrine function and increased beta-cell. Microarray analysis of the pancreases identified genes altered due to diabetes, restored by the treatment, and specifically induced by tungstate in diabetic animals. Hyperglycemia contribution was studied in STZ-diabetic rats treated with phloridzin, and direct effect of tungstate was determined in INS-1E cells treated with tungstate or serum from untreated or treated STZ-rats, observing that tungstate action in the pancreas takes places via hyperglycemia-independent pathways and a combination of tungstate direct and indirect effects. Finally, MAPK pathway was evaluated, observing that it has a key role in the tungstate-induced increase of beta-cell proliferation.<br/><br/>CONCLUSIONS: Tungstate improves pancreatic function through a combination of hyperglycemia-independent pathways and through its own direct and indirect effects, with MAPK pathway playing a key role in the tungstate-induced increase of beta-cell proliferation.<br/><br/>b) The role of transmembrane protein 27 (TMEM27) in islet physiology and its potential use as a beta cell mass biomarker. Diabetologia. 2010;53:1406-14.<br/><br/>BACKGROUND: Transmembrane protein 27 (TMEM27) is a membrane protein cleaved with possible roles in insulin exocytosis and cell proliferation, although its function in beta-cells remains controversial. <br/><br/>RESULTS: TMEM27 mRNA levels in islets are lower in human diabetic donors than in controls. Its gene expression correlates with that of insulin and SNAPIN in human islets. TMEM27 expression is downregulated in islets of tungstate-treated rats, which exhibit decreased insulin secretion and increased proliferation. TMEM27 overproduction in a beta-cell line and islets significantly enhanced glucose-induced insulin secretion, with modest or no effects on proliferation. Finally, TMEM27 is cleaved and shed by renal proximal tubular cells and pancreatic islets.<br/><br/>CONCLUSIONS: Our data support a role for TMEM27 in glucose-induced insulin secretion but not in cell proliferation. The finding that its cleavage is not specific to beta-cells challenges the current support for its use as a potential beta-cell mass biomarker. </I>