Estudi del paper dels factors de creixement IGF-I i VEGF en la regeneració i la funcionalitat del pàncrees endocrí

Abstract

La Diabetis Mellitus tipus 1 i tipus 2 es caracteritzen pel desenvolupament d'hiperglucèmia, la qual apareix com a conseqüència d'una disminució de la massa de cèl.lula ß i/o d'una pèrdua de funció dels illots. Així doncs, és necessari conèixer els mecanismes implicats en el creixement i la funció del pàncrees endocrí pel seu tractament.<br/>Es va demostrar que l'expressió del factor de creixement IGF-I a les cèl·lules ß de ratolins transgènics (RIP-I/IGF-I) era capaç de contrarrestar la hiperglucèmia diabètica i recuperar la massa de cèl.lula ß, després de la inducció de diabetis experimental (George, 2002). En la part I d'aquest treball, vam estudiar els mecanismes mitjançant els quals l'IGF-I era capaç d'induir aquesta recuperació. Els ratolins transgènics IGF-I tractats amb estreptozotocina (STZ) presentaven un increment en la taxa de replicació de les cèl.lules ß. Aquest augment no es donava en els animals IGF-I sense tractar. Això indicava que la regeneració es donava per una proliferació de les cèl.lules ß i, que s'activava principalment després de la inducció d'un dany. <br/>En els illots d'animals transgènics IGF-I, es va observar un increment en Cdk-4 (que activa el cicle cel.lular) i una disminució de l'inhibidor p27, suggerint una predisposició a replicar. No obstant, també es va observar un increment de l'expressió de p21, i uns nivells de ciclina D1 (reguladora de Cdk-4) similars als dels illots controls. D'aquesta manera, les cèl.lules ß dels ratolins transgènics IGF-I evitaven una sobreproliferació. Per contra, després del tractament amb STZ, els nivells de p21 disminuïen i els de ciclina D1 augmentaven, induïnt una major taxa de proliferació de les cèl.lules ß. Així doncs, això suggereix que IGF-I podria utilitzar-se com una teràpia per la regeneració del pàncrees endocrí. <br/>Per a la reversió de la Diabetis, a més de la regeneració de la massa de cèl.lula ß, és necessari una correcta funció. Recentment, s'ha descrit que la matriu extracel.lular de l'endoteli vascular dels illots promou l'expressió d'insulina i la proliferació de les cèl.lules ß (Nikolova, 2006) i que la microcirculació dels illots controla la secreció d'insulina (Ballian, 2007). Així doncs, en la part II es va estudiar el paper del factor pro-angiogènic VEGF i de l'endoteli en la funcionalitat del pàncrees endocrí i en la regulació de la massa de cèl.lula ß. Amb aquest objectiu, es van generar ratolins transgènics que sobreexpressaven VEGF a les cèl.lules ß (RIP-I/VEGF). Es van obtenir dues línies amb diferent nivell d'expressió del transgén: Tg VEGF 1, amb una elevada expressió i, Tg VEGF 2, amb una expressió més moderada. <br/>Els animals transgènics d'ambdues línies presentaven illots desorganitzats amb un increment en la vascularització i un engruixement de la membrana basal, però la massa de cèl.lula ß, i l'homeòstasi de la glucosa no es modificaven. No obstant, amb l'edat, els animals Tg VEGF 1, esdevenien intolerants a la glucosa i, posteriorment, diabètics oberts. El pàncrees endocrí d'aquests ratolins Tg VEGF 1 mostrava un increment en l'expressió de diverses citoquines i una infiltració de macròfags, que portava a la destrucció dels illots pancreàtics. Per la seva banda, els ratolins Tg VEGF 2 desenvolupaven, amb l'edat, una disminució en la secreció d'insulina, sense arribar a desenvolupar diabetis oberta. Els illots d'aquests animals mostraven una lleu infiltració de macròfags i un increment en la producció de citoquines pro-inflamatòries. <br/>Per tant, la sobreproducció de VEGF i l'increment en la vascularització dels illots no milloraven ni la viabilitat ni la funcionalitat dels illots. Contràriament, portaven, a llarg termini, a una inflamació crònica del pàncrees endocrí i a alteracions en la cèl.lula ß, induint intolerància a la glucosa i, fins i tot, diabetis oberta.

Both type 1 and type 2 diabetes are considered the most common metabolic disease, which is characterized by the development of hyperglycemia. Higher blood glucose levels are due to a decreased function and/or beta cell mass. That's why restoring a beta cell mass which colud be able to mantain normal blood glucose levels is one of the most important challanges in Regenerative Medicine for Diabetes treatment. Thus, it is necessary to further know mechanisms involved in endocrine pancreas growth and function.<br/>Transgenic mice that overexpress IGF-I in beta cells (RIP-I/IGF-I) showed that this growth factor is able to normalize blood glucose levels and restore beta cell mass after induction of diabetes (using STZ treatment) (George, 2002 and, Casellas, 2006). These results suggest that IGF-I could be a key gene for diabetes treatment. Thus, in part I of this work, we studied the putative mechanisms by which IGF-I can regenerate beta cell mass in these mice. STZ-treated transgenic mice presented an increased beta-cell replication comparing to STZ-treated wild-type and to healthy wild-type and transgenic mice. This fact suggested that regeneration of endocrine pancreas could be mainly due to beta-cell proliferation.<br/>Islets from transgenic mice showed increased levels of Cdk4 protein (a cell cyle activator) and decreased expression of p27 (a cell cycle inhibitor). However, in parallel, these islets showed increased expresion of p21 (an inhibitor) and normal levels of cyclin D1 (Cdk4 activator). Beta cells from IGF-I-transgenic animals had an equilibrium and did not show an enhanced replication rate. Nevertheless, after STZ treatment, p21 mRNA levels decreased and cyclin D1 expression increased. Consequently, cell cycle machinery could be activated. This would be consistent with increased beta cell proliferation rate in transgenic animals after STZ treatment. Thus, our study suggested that IGF-I could restore beta cell mass by inducing beta cell proliferation. <br/>To reverse Diabetes it is necessary not only to restore beta cell mass, but beta cell function as well. Extracellular matrix (ECM) and islet endothelium promote insulin gene expression and beta cell proliferation (Nikolova, 2006). Moreover, islet vascularization controls insulin secretion (Ballian, 2007). Thus, in the part II of this work, we studied the role of the angiogenic factor VEGF in the function of endocrine pancreas and in the control of beta cell mass. To this end, we generated transgenic mice that overexpressed VEGF in beta cells (RIP-I/VEGF). Two different lines were obtained: Tg VEGF 1 (with high levels of VEGF expression) and Tg VEGF 2 (with lower expression levels). <br/>Both lines showed disorganized islets with increased vascularization. No differences in glucose homeostasis and in beta cell mass were found. However, Tg VEGF 1 mice firstly developed glucose intolerance and finally became overt diabetic with age. Endocrine pancreas of these mice showed increased expression of proimflamatory cytoquines and macrophage infiltration and higly reduced beta cell mass. On the other hand, Tg VEGF 2 mice showed decreased insulina secretion with age, but never developed overt diabetes. Islets from Tg VEGF 2 mice showed cytoquine production and macrophage infiltration, but they were lower than in Tg VEGF 1 mice.<br/>Thus, VEGF overexpression and increased vascularization in islets did not improved beta cell survival and function. But, long-term overexpression of VEGF induced an inflamatory process that decreased insulin secretion and even could induced beta cell loss and overt diabetes.