Improving islet-graft revascularization

Abstract

El trasplante de islotes ha sido reconocido como una prometedora opción de tratamiento de la diabetes tipo 1 (DT1) tras la introducción del protocolo de Edmonton, el cual enfatiza el requerimiento de un adecuado número de islotes donantes así como el uso de regímenes de inmunosupresores libres de esteroides. Además es un procedimiento quirúrgico menos invasivo y que conlleva menos complicaciones comparado con el trasplante de páncreas. A pesar de los importantes avances establecidos por el protocolo de Edmonton, el uso clínico del trasplante de islotes para el tratamiento de pacientes DT1 continúa siendo limitado, debido en gran parte a los retos post-trasplante. Tras el trasplante, los islotes son separados de su red vascular nativa, por lo que la funcionalidad y supervivencia del injerto dependerá del restablecimiento de nuevos vasos en el injerto para derivar el flujo sanguíneo al sistema vascular del huésped. Sin embargo, los estudios han demostrado que el grado de revascularización de los islotes trasplantados es considerablemente menor que el de la microvasculatura nativa de los islotes pancreáticos, incluso a los 9 meses del injerto . Ésta retrasada y insuficiente revascularización priva los nuevos islotes injertados de oxígeno y nutrientes, pudiendo provocar su muerte celular y el fallo temprano del injerto. En el estudio realizado, identificamos, por primera vez, la proteína tirosina fosfatasa 1B (PTP-1B) como una diana terapéutica, capaz de mejorar la revascularización de los injerto pancreáticos sin comprometer la masa ß-celular del injerto y la principal mediadora de la acción del tratamiento del tungstato sódico en la revascularización de islotes. Además hemos identificado el mecanismo por lo cual la PTP-1B induce la revascularización. Nuestros datos apuntan que en la ausencia de PTP-1B, los islotes pancreáticos expresan y secretan el factor de crecimiento del endotelio vascular A (VEGFA), una citoquina pro-angiogénica, mediante la activación de la PGC1 alpha y ERR-alpha de forma independiente de hipoxia. Finalmente hemos comprobado que éste mecanismo de inducción de VEGFA se conserva en islotes humanos. De ésta forma concluimos que PTP-1B es una diana prometedora en el desarrollo de nuevas terapias para la mejora de la revascularización de injertos de islotes.

Islet transplantation is considered a potentially curative treatment for type 1 diabetes, Despite the key important advances achieved by the establishment of the Edmonton protocol, islet transplantation remains clinically limited due to several challenges, which lead to massive islet loss or failure of the grafts. Therefore searching for new targets to facilitate islet revascularization may lead to improved future results in cell transplantation.Islets native architecture is characterized by a dense vessel network that, delivers oxygen, hormones, glucose, and nutrients to islet’s cells allowing them to function correctly. After transplantation, the survival and function of islet grafts must depend on the reestablishment of new vessels within the grafts to derive blood flow from the host vascular system. This vascular network is severed when islets are isolated for transplantation, and even though islets freely revascularize, they do not reach the levels of vascularization present in endogenous pancreatic islets, which results in the impairment of grafts function and survival. Altogether, the lack of a proper vascular network account as the primary responsible for early graft loss. Although the molecular mechanisms underlying islet revascularization remain elusive, a number of factors have been implicated, such as the vascular endothelial growth factor A (VEGFA), a key angiogenic molecule that acts to stimulate new vessel formation. VEGFA expression in transplanted islets is significantly impaired, which is further pronounced in prevailing hyperglycemia, and coincides with delayed and insufficient islet revascularization in diabetic mice In this thesis we identify for the first time, tyrosine phosphatase PTP-1B as a target for improving graft revascularization. We targeted PTP-1B, either by its inhibition, following a sodium tungstate treatment after transplantation, or by transplanting islets lacking PTP-1B, using a genetic model of PTP-1B knock-out, or following genetic silencing, using siRNA and shRNA Lentivirus particles. Following transplantation into the anterior chamber of the eye in diabetic mice, islet-grafts showed increased revascularization by inducing the expression of VEGF-A by ß-cells in the graft. This improved revascularization was followed by an improvement of islet-graft survival and function, as transplanted mice recovered normoglycemia and glucose tolerance. Furthermore, we demonstrated that PTP-1B induces VEGF-A expression and secretion in islets by upregulating HIF1A-independent PGC1α/ERRα signaling. Finally, we demonstrated that this regulatory mechanism is conserved in human islets. Together, these findings unravel the potential role of PTP-1B as a target for improving islet transplantation outcomes.