Perfils d'expressió gènica i alteracions immunològiques identificades a l'òrgan diana de la diabetis tipus 1

Abstract

La diabetis tipus 1 (DT1) és una malaltia autoimmunitària produïda per una destrucció selectiva de les cèl.lules &#946; dels illots de Langerhans pancreàtics, productores d'insulina. La seva etiologia és desconeguda, però se sap que hi intervenen factors de susceptibilitat genètica, factors ambientals i estocàstics. En els darrers anys s'han identificat algunes alteracions immunològiques en pàncrees de pacients amb DT1, com la presència d'un infiltrat leucocitari als illots. L'estudi d'aquests processos ha estat dificultat per la manca d'accés al teixit pancreàtic i per tant, les característiques de l'autoimmunitat en la DT1 es basen en un nombre limitat d'observacions. <br/>En aquesta Tesi Doctoral es descriuen els perfils d'expressió gènica d'una col.lecció generada pel nostre grup de mostres pancreàtiques de pacients en diferents fases de progressió de la malaltia -inici clínic, inici recent i cronificació-. Els perfils descrits mitjançant microarrays demostren l'augment d'expressió de gens del sistema immunitari, destacant les vies de presentació antigènica, molècules d'adhesió, resposta humoral, factors inflamatoris i de la immunitat innata i gens amb funció immunoreguladora. Les dades posen de manifest la persistència de la resposta inflamatòria i immunitària al llarg dels anys, essent més prominent en pàncrees total que en illots purificats. El teixit exocrí presenta una reducció de trànscrits a l'inici clínic i una afectació inflamatòria. Als illots, a més de la reducció de trànscrits propis de cèl.lules &#946;, destaca la reducció de trànscrits del sistema nerviós i la sobreexpressió de factors que reflexen un intent de regeneració insular. <br/>Per la caracterització del pàncrees en la DT1 s'ha estudiat també el microquimerisme matern, com a fenòmen associat a l'autoimmunitat. La presència de cèl.lules d'origen matern, capaces de travessar la barrera fetoplacentària durant l'embaràs i d'implantar-se en teixits de l'hoste, s'ha associat a diverses malalties autoimmunitàries. Tot i que és una hipòtesi encara per demostrar, les cèl.lules maternes podrien ser cèl.lules potencialment autoreactives, cèl.lules diana de l'autoimmunitat -per la seva semial.logenicitat- o bé cèl.lules amb funció reparadora o de regeneració. En aquest estudi s'identifica la presència de cèl.lules &#946; d'origen matern. Les cèl.lules pancreàtiques d'origen matern es detecten en major freqüència en pacients que en controls.<br/>Una alternativa a la manca d'accés al teixit diana en la DT1 són els models experimentals de la malaltia. El ratolí no obès diabètic (NOD) és un model espontani de diabetis autoimmunitària àmpliament estudiat que desenvolupa una patogènesi amb característiques similars a la DT1 humana. En aquesta Tesi Doctoral es defineixen alteracions a l'òrgan diana del model derivat NOD RIP-IFN&#946;, ratolins transgènics que expressen la citocina antiviral i proinflamatòria IFN&#946; a les cèl.lules &#946;. Aquests ratolins desenvolupen una DT1 agressiva amb un alt component d'immunitat innata i característiques més semblants a la DT1 humana, com l'edat d'inici prematura i la mateixa incidència entre sexes. En la diabetis mediada per IFN&#946; s'observa un augment d'expressió de citocines i quimiocines proinflamatòries en pàncrees, contribuïnt a la DT1 prematura amb un alt component d'immunitat innata. Paral.lelament, també es detecta un augment de Reg2 -factor de regeneració &#946; i autoantigen en DT1- a les cèl.lules &#946;, concordant amb la inflamació, amb una hiperplàsia insular i amb l'acceleració de la malaltia.<br/> Les alteracions immunològiques identificades i descrites en aquesta Tesi Doctoral demostren que l'autoimmunitat a l'òrgan diana de la DT1 és un procés extraordinàriament més complex del que s'havia descrit fins l'actualitat. Els resultats obtinguts indiquen que l'autoimmunitat contra les cèl.lules &#946; és un procés crònic en el que hi intervenen factors inflamatoris i de la immunitat innata, i que progressa malgrat els intents d'immunoregulació i regeneració als illots pancreàtics.

Type 1 diabetes (T1D) is an autoimmune disease caused by the selective destruction of insulin- producing pancreatic &#946; cells. T1D aetiology is unknown, although genetic, enviromental and stochastic susceptibility factors are involved in the disease. During the last years, few immunological alterations have been identified in the pancreases from T1D patients, such as the presence of a leukocytic infiltrate in the islets. The study of these processes has been difficulted by the lack of access to the pancreatic tissue. Therefore, the features of autoimmunity in T1D are based on a limited number of observations.<br/>In this Doctoral Thesis, gene expression profiles for a collection of pancreatic samples generated by our group at different disease checkpoints -clinical onset, recent onset and longstanding- have been defined. It has been established a comparison between total pancreas and its purified endocrine component (target). The profiles described by microarray analysis demonstrate the gene expression increase of immune system genes, highlighting pathways such as antigen presentation, adhesion molecules, humoral response, inflammation, innate immunity and immunoregulation. These data evidence the persistence of inflammatory and immune response at chronic stages, being more prominent in the total pancreas than in purified islets. Exocrine tissue shows a reduction of transcripts at the clinical onset and a production of inflammatory factors. In the islets, besides the reduction of &#946; cell transcripts, there is a downregulation of nervous system genes and an overexpression of genes that suggest an attempt of islet regeneration. <br/>During the caractherization of T1D pancreases, maternal microchimerism has also been studied, as a phenomenon associated to autoimmunity. The presence of cells of maternal origin, able to cross the placental barrier during pregnancy and to implant in the host tissues, has been associated to many autoimmune diseases. Hypothetically, but not still demonstrated, cells of maternal origin could be potentially autoreactive cells, target cells of the autoimmune response -because of their semiallogenicity- or cells with a repair/regeneration function. In this study, the presence of &#946; cells of maternal origin has been identified. Pancreatic cells of maternal origin are found in a higher frequency in patients than in controls. <br/>An alternative to the lack of access to the target tissue in T1D is the study of experimental models of the disease. Nonobese diabetic (NOD) mouse is a spontaneous model of autoimmune diabetes widely studied that develops a pathogenesis with similar features to human T1D. In this Doctoral Thesis, many alterations have been defined in the target organ of the NOD-derived model NOD RIP-IFN&#946;, a mice model expressing transgenically the antiviral and proinflammatory cytokine IFN&#946; in the &#946; cells. These mice develop an agressive T1D with a strong innate immunity component and show features more similar to human T1D such as the juvenile onset and the equal sex incidence. In T1D mediated by IFN&#946;, an increase in pancreatic proinflammatory cytokines and chemokines has been found, contributing to the premature onset with a strong innate immunity component. In parallel, an increase in Reg2 expression -regeneration factor and T1D autoantigen- has been found in &#946; cells, according to the inflammatory response, the insular hyperplasia and the acceleration of the disease.<br/>The immunological alterations identified and described in this Doctoral Thesis demonstrate that autoimmunity in the target organ of T1D is a process extraordinarily more complex than previously described. The data obtained indicate that autoimmunity against &#946; cells is a chronic process, in which inflammatory and innate immunity factors participate and that progresses instead of the attempts of immunoregulation and islet regeneration.