Estudi en animals transgènics del paper de la sobreexpressió d'IGF-II en cèl·lula ? en el desenvolupament de diabetis mellitus

Abstract

La diabetis mellitus tipus 1 i la tipus 2 són malalties metabòliques que afecten col·lectivament a un 10% de la població mundial. En ambdós casos l'alteració metabòlica més important és la hiperglucèmia, resultant de la deficiència absoluta (tipus 1) o bé relativa (tipus 2) d'insulina. Concretament, la diabetis tipus 2 es caracteritza per una resistència a la insulina, per part dels teixits perifèrics, acompanyada d'un defecte en la secreció de la hormona, per part de les cèl·lules ? pancreàtiques. La diabetis oberta, però, només es dóna quan les cèl·lules ? no són capaces de continuar compensant la resistència a la insulina. Així doncs, les alteracions en la funcionalitat de les cèl·lules ? serien un component clau en el desenvolupament de la diabetis tipus 2, i no una simple conseqüència de la patologia. Per tant, l'estudi de les cèl·lules ? en els estadis inicials del procés diabètic, resulta ser d'enorme interès per tal d'investigar els mecanismes i les causes que condueixen a la diabetis oberta, <br/>Ratolins transgènics que sobreexpressen el factor de creixement IGF-II específicament a les cèl·lules ? pancreàtiques (RIP/IGF-II) presenten un estat pre-diabètic. En aquest treball es van utilitzar aquests animals com a model per estudiar les cèl·lules ? en les fases inicials del procés diabètic i la possible implicació d'IGF-II en el desenvolupament d'aquesta patologia. Es va observar que les cèl·lules ? d'aquests ratolins transgènics presentaven una disminució en la secreció d'insulina en resposta a glucosa. Aquesta disminució podria venir donada per les alteracions funcionals i estructurals presents en aquests illots. S'observava una disminució en l'expressió de Glut2 i insulina, probablement deguda a una reducció dels factors de transcripció que regulen la seva expressió, com Pdx1 i HNF3?. Els illots dels ratolins transgènics presentaven també hiperexpressió de molècules involucrades en la resposta immunitària, com els MHC de classe I i II, tot i no presentar infiltració limfocitària. Així doncs, l'expressió d'IGF-II en les cèl·lules ? dels ratolins transgènics provocava alteracions funcionals en els illots similars a les descrites en models animals o en pacients diabètics.<br/>L'evolució del procés diabètic és un procés llarg i varia molt entre individus. En l'evolució d'aquest procés hi intervindrien tant les alteracions presents en les cèl·lules ? de cada individu, com la influència de factors externs. En aquest treball es va estudiar si les alteracions descrites en les cèl·lules ? dels ratolins RIP/IGF-II, podrien predisposar-los a desenvolupar diabetis oberta enfront a factor accelerador. Vam determinar la susceptibilitat dels ratolins RIP/IGF-II enfront dos estímuls diferents: a) el tractament amb molt baixes dosis d'estreptozotocina (STZ), i b) un procés autoimmune, que seria un procés més crònic i comú en la patologia diabètica. <br/>Després del tractament amb STZ, es va observar que aquest ratolins transgènics resultaven ser més sensibles a dosis molt baixes, considerades no diabetogèniques pels ratolins control. En segon lloc, per tal d'induir la infiltració limfocitària als ratolins RIP/IGF-II, aquests es creuaren amb ratolins transgènics RIP/hIFN?. L'expressió d'IFN? en cèl·lules ? resulta en una important infiltració dels illots dels ratolins transgènics. D'aquest creuament s'obtingueren ratolins doble transgènics IFN?/IGF-II, un 75% dels quals desenvoluparen diabetis espontània durant els dos primers mesos de vida. Demostrant així que les alteracions pre-diabètiques descrites en les cèl·lules ? dels ratolins IGF-II, incrementaven la susceptibilitat a desenvolupar diabetis oberta en presència d'un factor accelerador.<br/>Els resultats d'aquest treball indiquen que alteracions en la funcionalitat de les cèl·lules ? pancreàtiques serien necessàries per incrementar la susceptibilitat a certs factors ambientals que desencadenen la diabetis mellitus. A més, el nostre estudi suggereix que l'increment d'IGF-II en cèl·lules ? podria ser un factor clau en l'inici del procés diabètic.

Type 1 and type 2 diabetes are metabolic diseases with very different etiology that affect collectively 10% of the world-wide population. In both cases the most important metabolic alteration is hyperglycemia, resulting from the absolute (type 1) or relative (type 2) insulin deficiency. In particular, type 2 diabetes mellitus is characterized by decreased response of the liver and peripheral tissues to insulin (insulin resistance) and by inadequate compensatory insulin secretory response. However, overt diabetes only develops when ?-cells fail to compensate for increased insulin demand. Alterations in the functionality of ?-cells would be a primary defect, and not only a simple consequence, in the diabetic pathology. Therefore, studying ?-cells during the initial stages of the diabetic process would be interesting for finding the mechanisms and causes that lead to overt diabetes. <br/>Transgenic mice overexpressing IGF-II specifically in ?-cells (RIP-I/IGF-II) develop pre-diabetes. We decided to use these animals as a model in which to study ?-cells in the initial stages of the diabetic process. After the analysis of RIP/IGF-II ?-cells, we observed that transgenic mice showed a decreased insulin secretion in response to glucose. This decrease was likely due to functional and structural alterations found in these islets. Reduction in Glut2 and insulin was observed, probably due to a reduction in the transcription factors that regulate their expression, such as Pdx1 and HNF3?. At structural level these islets showed an increase in the expression of important extracellular matrix components, but showed a decrease in molecules implicated in the intracellular adhesion. Transgenic islets also showed hyperexpression of molecules involved in the immune response, such as MHC class I and II, although no lymphocyte infiltration was observed in their islets. These results suggest that expression of IGF-II in ?-cells of these transgenic mice leads to similar changes to the ones described in other type 2 animal models and diabetic patients. <br/>The progression to type 2 diabetes is a long process and varies greatly among individuals. In each individual, alterations present in ?-cells and the influence of external factors would both contribute to the process. In this study, we determined if the alterations described in RIP/IGF-II ?- cells could predispose those animals to develop overt diabetes in the presence of a stimulus that acted as an accelerator factor. We tested the susceptibility of RIP/IGF-II mice to two different stimuli: a) treatment with streptozotocin (STZ), which would stimulate a toxic response specific for ?-cells; and b) an autoimmune process, which would simulate a more chronic effect, more similar to the diabetic pathology.<br/>STZ treatment demonstrates that transgenic mice were more sensitive to very low doses of STZ, considered non-diabetogenic for control mice. On the other hand, in order to induce the lymphocyte infiltration to RIP/IGF-II mice, we crossed them with RIP/hIFN transgenic mice. These later mice show a significant infiltration in their islets, induced by the expression of hIFN in their pancreatic ? cells. From this crossbreeding we obtained IFN?/IGF-II double transgenic mice, 75% of which developed spontaneous diabetes during the first two months of age. These results showed that pre-diabetic alterations described in the RIP/IGF-II ?-cells increased their susceptibility to develop overt diabetes in the presence of an accelerator factor.<br/>All these results indicate that correct functionality of pancreatic ?-cells is crucial for being able to resist the effect of environmental factors that would lead to the diabetic process. Moreover, our study suggests that the increase of IGF-II in ?-cells could be a key factor in the beginning of the diabetic process.