El páncreas es un órgano abdominal que produce enzimas digestivas y hormonas que regulan los niveles de azúcar en la sangre. Esta función productora de hormonas se localiza en los islotes de Langerhans, que constituyen grupos de diferentes tipos de células endocrinas. Entre ellas están las células beta,que producen la hormona insulina necesaria para reducir los niveles de glucosa un tipo de azúcar en nuestra sangre, así como las células alfa, que generan la hormona glucagón encargada de elevar los niveles de glucosa en la sangre.
La diabetes tipo 1 es una enfermedad crónica en la que el sistema inmunitario del cuerpo ataca y destruye por error las células beta productoras de insulina del páncreas. La medicina regenerativa tiene como objetivo reponer la masa de células beta y, por lo tanto, apoyar y, en última instancia, sustituir las terapias actuales de reemplazo de insulina.la composición de los islotes, incluida la función insuficiente de las células beta y la desdiferenciación de las células beta, también contribuyen a la diabetes tipo II. Por lo tanto, una comprensión más profunda de la identidad y la interferencia de los diferentes tipos de células de los islotes conduce a una mejor caracterización de ambas formas de diabetes y puede contribuiral desarrollo de nuevos conceptos terapéuticos.
La transcriptómica de células individuales es una técnica poderosa para caracterizar la identidad celular. Anteriormente, los investigadores de CeMM de los grupos de Christoph Bock y Stefan Kubicek en CeMM publicaron las primeras transcriptomas de células individuales de las células primarias de islotes pancreáticos humanos. Desde entonces, los avances en la tecnología han permitido su aplicación.a la generación de atlas de transcriptoma de células individuales humanas y de ratón a nivel mundial. A pesar de estos avances, los enfoques de células individuales siguen siendo tecnológicamente desafiantes dado que la cantidad minúscula de ARN presente se utiliza por completo en el experimento. Por lo tanto, es esencial asegurar la calidad y pureza delos transcriptomos unicelulares resultantes.
Los investigadores de CeMM en los dos laboratorios contribuyentes identificaron una expresión de hormonas inesperadamente alta en tipos de células no endocrinas, tanto en su propio conjunto de datos como en otros estudios publicados de células individuales. Se propusieron dilucidar si esto sería el resultado de la contaminación por ARNmoléculas, por ejemplo, de células moribundas, y cómo podría eliminarse para obtener un conjunto de datos más confiable. Dicha contaminación parece estar presente en los datos de secuencia de ARN de una sola célula de la mayoría de los tejidos, pero fue más visible en los islotes pancreáticos. Las células endocrinas de los islotes se dedican exclusivamente ala producción de hormonas individuales y la insulina en las células beta y el glucagón en las células alfa se expresan a niveles más altos que los genes típicos de "mantenimiento". Por lo tanto, la redistribución de estas transcripciones a otros tipos de células fue muy pronunciada. Según esta observación, su objetivo eradesarrollar, validar y aplicar un método para determinar experimentalmente y eliminar computacionalmente dicha contaminación.
En su investigación, los investigadores de CeMM utilizaron células agregadas de diferentes tipos de células, tanto de ratones como de humanos, que agregaron a sus muestras de islotes pancreáticos. Es importante destacar que los transcriptomos de estas células de inserción se caracterizaron completamente. Esto les permitiópara controlar internamente y con precisión el nivel de contaminación por ARN en la secuencia de ARN de una sola célula, lo que permite que las transcripciones humanas detectadas en las células de inserción de ratón constituyan ARN contaminante. De esta forma, encontraron que las muestras tenían un nivel de contaminación de hasta20%, y pudieron definir la contaminación en cada muestra. Luego desarrollaron un nuevo enfoque bioinformático para eliminar computacionalmente las lecturas contaminantes de los transcriptomos de una sola célula.
Habiendo obtenido ahora un transcriptoma "descontaminado", del que se ha eliminado la señal espuria, procedieron a caracterizar cómo la identidad celular en los diferentes tipos de células respondía al tratamiento con tres fármacos diferentes. Descubrieron que un inhibidor de molécula pequeña deel factor de transcripción FOXO1 induce la desdiferenciación de las células alfa y beta. Además, estudiaron arteméter, que disminuyó la función de las células alfa y podría inducir la producción de insulina tanto en estudios in vivo como in vitro. Los efectos del medicamento artemétereran específicos de la especie y del tipo de célula. En las células alfa, una fracción de las células aumenta la expresión de insulina y gana aspectos de la identidad de las células beta, tanto en muestras de ratones como en humanos. Es importante destacar que los investigadores descubrieron que en las células beta humanas, no haycambio significativo en la expresión de insulina, mientras que en los islotes de ratón, las células beta reducen su expresión de insulina y la identidad general de las células beta.
Este estudio es el resultado de una colaboración interdisciplinaria de los laboratorios de Stefan Kubicek y Christoph Bock en CeMM con Patrick Collombat en el Instituto de Biología Valrose Francia. Este es el primer estudio en aplicar secuenciación de células individuales para analizar dinámicasrespuesta farmacológica en tejido aislado intacto, que se benefició de la alta precisión cuantitativa del método de descontaminación. Proporciona, por lo tanto, no solo un método novedoso para la descontaminación unicelular y un análisis cuantitativo altamente cuantitativo de las respuestas farmacológicas en tejidos intactos, sino que también aborda unimportante pregunta actual en la biología de las células de los islotes y la investigación de la diabetes. Estos hallazgos podrían abrir posibles vías terapéuticas para tratar la diabetes tipo 1 en el futuro.
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Materiales proporcionado por Centro de Investigación CeMM para Medicina Molecular de la Academia de Ciencias de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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