Vai β šūnu "kvalitāte" var noteikt, vai Jums attīstās diabēts?

Ja šķiet, ka arvien vairāk cilvēku, kurus jūs pazīstat, saskaras ar diabētu, jums ir taisnība. Diabēta epidēmija netiek saukta par epidēmiju velti: saskaņā ar Amerikas Diabēta asociācijas datiem, 2021. gadā vairāk nekā 10% ASV iedzīvotāju — aptuveni 38,4 miljoni cilvēku — bija slimi ar diabētu, un katru gadu tas tiek diagnosticēts vēl 1,2 miljoniem cilvēku.

2. tipa cukura diabēts attīstās, kad organisms kļūst rezistents pret insulīnu — hormonu, kas palīdz regulēt glikozes līmeni asinīs. Insulīnu ražo aizkuņģa dziedzera β-šūnas, un 2. tipa diabēta gadījumā tās palielina insulīna ražošanu, cenšoties normalizēt cukura līmeni, taču pat ar to nepietiek, un β-šūnas galu galā izsīkst. To galvenās lomas dēļ β-šūnu funkcionālā masa, proti, to kopējais skaits un spēja funkcionēt, nosaka diabēta attīstības risku.

Tomēr β-šūnas nav vienādas pat vienā cilvēkā – tās ir iedalītas apakštipos, no kuriem katrs atšķiras pēc sekrēcijas aktivitātes, izdzīvošanas un spējas dalīties. Citiem vārdiem sakot, katram β-šūnu apakštipam ir atšķirīgs “fitnesa līmenis” – un jo augstāks tas ir, jo labāk. Attīstoties diabētam, dažu β-šūnu apakštipu proporcijas mainās. Taču galvenais jautājums paliek: vai diabēts maina β-šūnu sastāvu un stāvokli, vai arī tieši šīs izmaiņas noved pie slimības?

Šeit talkā nāk zinātnieki Guoqiang Gu, Emīlija Hodžesa un Kens Lau no Vanderbilta universitātes. Viņu nesen publicētais darbs žurnālā Nature Communications ir solis ceļā uz izpratni par to, vai β šūnu funkcionālo masu var palielināt, lai samazinātu 2. tipa diabēta risku. Gu un Lau ir šūnu un attīstības bioloģijas profesori, bet Hodžess ir bioķīmijas docents.

Β-šūnu apakštipu pētīšana nav viegls uzdevums. Visbiežāk izmantotā metode ir "paraugu terminālā analīze vienas šūnas līmenī", kas nozīmē, ka zinātnieki var pētīt konkrētas β-šūnas tikai vienu reizi — un tikai tad, kad tās ir pilnībā attīstījušās. Tas neļauj mums izsekot viena un tā paša šūnu apakštipa attīstībai dažādos posmos: diferenciācija, nobriešana, dalīšanās, novecošanās, nāve utt. Spēja novērot tos visos posmos sniegtu labāku izpratni par to, kā šūnu stāvoklis mainās laika gaitā vai dažādos fizioloģiskos apstākļos.

Lai pārvarētu šo ierobežojumu, Gu, Hodžs un Lau izstrādāja metodi, lai pastāvīgi marķētu cilmes šūnas, kas rada β šūnas, ar dažādām gēnu ekspresijas kombinācijām. Šīs marķēšanas ļāva pētniekiem izsekot vieniem un tiem pašiem β šūnu apakštipiem dažādos attīstības posmos un ar lielāku pārliecību atbildēt uz fundamentāliem jautājumiem.

Viņu pētījums sniedza trīs galvenos secinājumus:

1. Progenitoru šūnas, kas peļu embrijos veido β šūnas ar dažādiem ģenētiskiem marķieriem, pieaugušām pelēm rada β šūnu apakštipus ar atšķirīgu "piemērotības" pakāpi. Tas palīdz izprast, kā šie apakštipi veidojas un kā šo procesu nākotnē var manipulēt, lai palielinātu "veselīgo" β šūnu īpatsvaru un samazinātu diabēta risku.
2. Peļu mātīšu uzturs grūtniecības laikā tieši ietekmē augsti funkcionējošo un zemi funkcionējošo β-šūnu attiecību pēcnācējos. Piemēram, ja māte saņem diētu ar augstu tauku saturu un ir aptaukojusies, viņas pēcnācējiem ir mazāk glikozi uztverošo β-šūnu. Šis modelis apstiprina, ka mātes aptaukošanās palielina diabēta risku pēcnācējiem. Tas sniedz ārstiem un pētniekiem labāku izpratni par iedzimtības un mātes veselības lomu.
3. Pelēm identificētajiem β-šūnu apakštipiem ir analogi cilvēka aizkuņģa dziedzerī. Turklāt apakštips, kam ir vislielākā piemērotība cilvēkiem, 2. tipa diabēta pacientiem ir samazināts. Lai gan ne visi dzīvnieku atklājumi ir tieši piemērojami cilvēkiem, rezultāti liecina, ka peļu modeļi varētu būt noderīgi cilvēka bioloģijas un diabēta izpratnei.

Pētnieki tagad plāno pētīt, kā tieši epigenetiskie modeļi (iepriekš minētie gēnu ekspresijas marķieri) veidojas un tiek uzturēti dažādos β-šūnu apakštipos un kā to traucējumi ietekmē šūnu darbību.

"Ar šo un citiem pētījumiem nākotnē varētu būt iespējams izstrādāt uztura bagātinātāju grūtniecēm, kas samazina diabēta risku bērnam," saka Gu.

Joprojām paliek neatbildēti citi svarīgi jautājumi: vai, piemēram, ir iespējams uzlabot no cilvēka embrionālajām cilmes šūnām iegūtu β-veida šūnu funkcionālo kvalitāti, modulējot DNS metilēšanu (vienu no epigenetiskajiem marķieriem)? Ja tā, vai šādas β-šūnas varētu izmantot transplantācijas terapijā, kurā pacientiem ar 2. tipa cukura diabētu tiek transplantētas β-šūnas ar augstu piemērotības līmeni?

Atbildes uz šiem jautājumiem vēl jāatrod.