Микротрубочки – клеточные "шоссе" доставляют груз к клеточной мембране для секреции – играют удивительную роль в бета-клетках поджелудочной железы. Вместо того, чтобы способствовать секреции инсулина, стимулированной глюкозой, они ограничивают ее, как недавно сообщила команда исследователей Vanderbilt в Developmental Cell.
Результаты показывают, что микротрубочки действуют как клеточная "реостат" чтобы точно контролировать секрецию инсулина и предположить, что нарушение этого контроля может способствовать дисфункции бета-клеток и диабету 2 типа. Нацеливание на регуляцию секреции инсулина микротрубочками может предложить новые способы лечения диабета.
Ирина Каверина, к.D., Сядун Чжу, доктор философии.D., и его коллеги начали использовать бета-клетки поджелудочной железы в качестве модели для изучения функции микротрубочек – чтобы изучить, как микротрубочки "движение" груз, такой как гранулы инсулина, изнутри клетки к периферии.
В своих первоначальных исследованиях исследователи использовали соединения для разрушения микротрубочек, затем стимулировали островки поджелудочной железы глюкозой и измерили, сколько инсулина секретируется. Поскольку магистрали доставки отсутствуют, они ожидали увидеть снижение секреции инсулина. Вместо этого они наблюдали сильное увеличение секреции.
"Это было так удивительно, мы сами не поверили," сказала Каверина, доцент кафедры клеточной биологии и биологии развития.
Вместе с Гоцян Гу, Ph.D., доцент кафедры клеточной биологии и биологии развития и других лабораторий Вандербильта, исследователи продемонстрировали использование нескольких систем и технологий, которые микротрубочки негативно регулируют секрецию инсулина в бета-клетках. Важно отметить, что команда Гу разрушила микротрубочки у мышей и показала, что как стимулированная глюкозой секреция инсулина, так и клиренс глюкозы из крови увеличиваются по сравнению с мышами с интактными микротрубочками.
"В любой модели, которую мы тестировали, разрушение микротрубочек увеличивало секрецию инсулина," Каверина сказала. "Как могло случиться так, что структуры, которые должны были быть внутренними магистралями, доставляющими вещи к мембране, на самом деле подавляли секрецию??"
Применяя методы микроскопии сверхвысокого разрешения, исследователи обнаружили, что в бета-клетках микротрубочки не образуют дорожек, подобных шоссе. Вместо этого они образуют сложную сетку.
"Гранулы инсулина случайным образом «ходят» по сетке микротрубочек, а микротрубочки регулируют количество гранул на периферии клетки, чтобы предотвратить чрезмерную секрецию," Каверина сказала.
Глюкоза, объяснила она, дестабилизирует микротрубочки внутри поверхности клетки, освобождая микротрубочки, удерживающие гранулы инсулина, и позволяя секреции.
Исследователи предположили, что стратегии дестабилизации микротрубочек – возможно, с использованием адресной доставки лекарств в поджелудочную железу – могут увеличить секрецию инсулина как способ лечения диабета.
Исследователи также обнаружили, что сеть микротрубочек была более плотной в бета-клетках мышей с диабетом по сравнению с контрольными мышами.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в ответ на повышенную потребность в инсулине при диабете микротрубочки становятся более плотными и менее динамичными в качестве механизма обратной связи, что в конечном итоге приводит к отключению функции бета-клеток, сказал Гу.
В настоящее время исследователи изучают, как глюкоза регулирует динамику микротрубочек. Они также заинтересованы в изучении островков человека у пациентов с диабетом. Гу отметил, что такие островки обычно теряют способность секретировать инсулин, и предположил, что возможно восстановить секрецию инсулина, манипулируя динамикой микротрубочек.
Он также указал на связь между противоопухолевой терапией, направленной на микротрубочки, и повышенным риском диабета у пролеченных пациентов. Новые результаты показывают, что методы лечения рака, которые стабилизируют микротрубочки, могут снизить секрецию инсулина и способствовать развитию диабета.
По словам исследователей, регулирование динамики микротрубочек в бета-клетках, возможно, в сочетании с другими стимуляторами инсулина, предлагает новый способ лечения диабета.