Verlust eines wichtigen Typs von Pankreaszellen kann zu Diabetes beitragen

Laut einer neuen Studie US-amerikanischer Forschender kann der Verlust eines besonders produktiven Typs von Betazellen im Pankreas zur Entwicklung von Diabetes beitragen.

In der Studie, die kürzlich in der Zeitschrift „Nature Cell Biology“ veröffentlicht wurde, haben Dr. James Lo, außerordentlicher Professor für Medizin an der Weill Cornell Medicine (USA), und Kollegen in einem Mausmodell die Genexpression in einzelnen Betazellen gemessen. Ziel war es zu bestimmen, wie viele verschiedene Arten von Betazellen im Pankreas existieren. Das Team entdeckte vier verschiedene Betazelltypen, darunter einen, der ihnen besonders auffiel. Die Cluster-1-Gruppe von Betazellen produzierte mehr Insulin als andere und schien besser in der Lage zu sein, Zucker zu verstoffwechseln. Die Studie zeigte auch, dass der Verlust dieses Betazelltyps zu Typ-2-Diabetes beitragen könnte.

„In der Vergangenheit dachte man, eine Betazelle sei eine Betazelle, und man zählte daher einfach die Gesamtheit der Betazellen“, erklärt Lo, der auch am Weill Center for Metabolic Health und am Cardiovascular Research Institute bei Weill Cornell Medicine tätig ist. Er ist außerdem Kardiologe am NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. „Diese Studie sagt uns aber nun, dass es wichtig sein könnte, die Betazellen in Subtypen einzuteilen, und dass wir die Rolle dieser speziellen Cluster-1-Betazellen bei Diabetes untersuchen müssen.“

Die Forschenden wendeten das Verfahren der Einzelzell-Transkriptomik an, um alle Gene zu messen, die in einzelnen Maus-Betazellen exprimiert werden. Diese Informationen nutzten sie dann, um sie in vier Typen einzuteilen. Die Cluster-1-Betazellen besaßen eine einzigartige Genexpressionssignatur: eine hohe Expression von Genen, die Mitochondrien beim Zuckerabbau helfen und sie anzutreiben, mehr Insulin abzusondern. Außerdem konnten die Wissenschaftler die Cluster-1-Betazellen durch ihre hohe Expression des CD63-Gens von den anderen Betazelltypen unterscheiden, wodurch sich das CD63-Protein als Marker für diesen spezifischen Betazelltyp einsetzen ließ. „Die CD63-Expression bot uns eine Möglichkeit, die Zellen zu identifizieren, ohne sie zu zerstören, und erlaubte es uns, die lebenden Zellen zu untersuchen“, erklärt Lo.

Als das Team sowohl menschliche als auch Betazellen der Maus untersuchte, stellte es fest, dass Cluster-1-Betazellen mit hoher CD63-Genexpression mehr Insulin in Reaktion auf Zucker produzieren als die drei anderen Arten von Betazellen mit niedriger CD63-Expression.

„Es handelt sich um sehr gut funktionierende Betazellen“, unterstreicht Lo. „Wir glauben, dass sie den Großteil der Arbeitslast bei der Insulinproduktion tragen könnten, sodass ihr Verlust tiefgreifende Auswirkungen haben könnte.“

Bei Mäusen, die mit einer fettreichen Ernährung, Adipositas hervorrufenden Kost gefüttert wurden, sowie bei Mäusen mit Typ-2-Diabetes nahm die Anzahl dieser insulinproduzierenden Betazellen ab. „Da die Anzahl der Cluster 1/high CD63-Zellen gesunken ist, wird möglicherweise weniger Insulin produziert, was eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Diabetes spielen könnte“, bilanziert Lo.

Durch die Transplantation von Betazellen mit hoher CD63-Produktion in Mäuse mit Typ-2-Diabetes wurde deren Blutzuckerspiegel wieder normalisiert. Allerdings führte das Entfernen der transplantierten Zellen zu einem erneuten Anstieg des Blutzuckerspiegels. Die Transplantation von Betazellen mit niedriger CD63-Produktion in die Mäuse stellte den Blutzucker nicht auf normale Werte zurück. Die transplantierten niedrigen CD63-beta-Zellen schienen stattdessen dysfunktional zu sein.

Die Erkenntnisse aus dieser Studie könnte wichtige Auswirkungen auf die Verwendung von Betazelltransplantaten zur Behandlung von Diabetes haben, erklärt Lo. Beispielsweise könne es besser sein, nur Betazellen mit hoher CD63-Genexpression zu transplantieren. Der Kardiologe merkte an, dass es auch möglich sein könnte, weniger dieser hochproduktiven Zellen zu transplantieren. Los Arbeitsgruppe fand auch heraus, dass Menschen mit Typ-2-Diabetes im Vergleich zu Nichtdiabetikern weniger Betazellen mit hoher CD63-Genexpression aufwiesen.

Als nächstes möchten Lo und seine Kollegen herausfinden, was mit den Betazellen mit hoher CD63-Produktion in diabetischen Mäusen geschieht und wie man verhindern kann, dass sie verschwinden „Wenn wir herausfinden können, wie wir erreichen, dass sie länger bestehen, überlebensfähig und funktionsfähig sind, könnte dies zu besseren Möglichkeiten zur Behandlung oder Vorbeugung von Typ-2-Diabetes führen“, führt er aus. Wissenschaftler möchten auch untersuchen, wie sich bestehende Diabetestherapien auf alle Arten von Betazellen auswirken. GLP-1-Agonisten, die helfen, die Insulinfreisetzung bei Menschen mit Diabetes zu erhöhen, interagieren mit Betazellen, die viel und wenig CD63 produzieren.

„Unsere Studie zeigt auch, dass GLP-1-Agonisten ebenfalls eine Möglichkeit sein könnten, die wenig CD63-produzierenden Betazellen dazu zu bringen, besser zu arbeiten“, resümiert Lo.