Ursprung und ID der endokrinen Zellen des Pankreas

Endokrine Stammzellen in der Bauchspeicheldrüse verschwinden nach der Geburt

22.04.2022 - Schweiz

Die Bauchspeicheldrüse ist ein wichtiger Stoffwechselregulator. Wenn die Betazellen der Bauchspeicheldrüse nicht mehr genügend Insulin produzieren, steigt der Blutzuckerspiegel gefährlich an - ein Phänomen, das als Hyperglykämie bekannt ist - und löst damit Diabetes aus. Nach der Entdeckung, dass sich andere reife Zellen der Bauchspeicheldrüse anpassen und den Mangel an Insulin teilweise kompensieren können, zeigt ein Team der Universität Genf (UNIGE), dass die Stammzellen, aus denen die Betazellen hervorgehen, nur während der Embryonalentwicklung vorhanden sind. Diese Entdeckung beendet eine langjährige Kontroverse über die hypothetische Existenz von adulten Stammzellen der Bauchspeicheldrüse, aus denen nach der Geburt neu differenzierte hormonproduzierende Zellen hervorgehen würden. Den Wissenschaftlern ist es auch gelungen, die "Identitätskarte" der endokrinen Zellen der Bauchspeicheldrüse genau zu definieren, was ein vielversprechendes Instrument für die Herstellung von Ersatzzellen, die Insulin produzieren, darstellt. Diese Ergebnisse können in Cell Reports und Nature Communications nachgelesen werden.

Diabetes ist eine häufige Stoffwechselerkrankung. Sie ist durch eine anhaltende Hyperglykämie gekennzeichnet, die auftritt, wenn die für die Insulinproduktion zuständigen Zellen der Bauchspeicheldrüse - die Betazellen - zerstört werden oder nicht mehr in der Lage sind, dieses regulatorische Hormon in ausreichender Menge zu produzieren. Seit 2010 zeigen Studien des Teams von Pedro Herrera, Professor in der Abteilung für genetische Medizin und Entwicklung und im Diabeteszentrum der medizinischen Fakultät der UNIGE sowie am Genetischen Institut Genf (iGE3), dass die anderen endokrinen Zellen der Bauchspeicheldrüse - nämlich die Alpha-, Delta- und Gamma-Zellen, die andere für das metabolische Gleichgewicht nützliche Hormone produzieren - "lernen" können, Insulin zu produzieren, wenn die Betazellen fehlen oder defekt sind. Dieses bei Mäusen und Menschen beobachtete Phänomen zeigt die Plastizität der Pankreaszellen und ebnet den Weg für neue therapeutische Strategien.

Das kurze Leben der endokrinen Stammzellen der Bauchspeicheldrüse

In zwei kürzlich erschienenen Veröffentlichungen berichtet das Team von Pedro Herrera über neue Fortschritte bei der Erforschung der Mechanismen der Pankreaszellbildung und des Genexpressionsprofils, das die Identität der verschiedenen endokrinen Inselzelltypen definiert. Die erste Forschungsarbeit, die auf der Titelseite von Cell Reports veröffentlicht wurde, zeigt, dass alle endokrinen Zellen der Bauchspeicheldrüse von undifferenzierten Vorläuferzellen abstammen, die ausschließlich während der Embryonalentwicklung, nicht aber nach der Geburt entstehen.

"Bis jetzt dachten einige Wissenschaftler, dass die Stammzellen in der Bauchspeicheldrüse das ganze Leben über bestehen bleiben", erklärt Pedro Herrera. Marta Perez-Frances, Forscherin im Team von Pedro Herrera und Erstautorin der Studie, fügt hinzu: "Unsere Arbeit zeigt, dass dies nicht der Fall ist. Tatsächlich stammen alle hormonproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse, die nach der Geburt entstehen, aus der Teilung bestehender differenzierter Zellen, die während des embryonalen und fötalen Lebens aus undifferenzierten Vorläuferzellen entstanden sind."

Um diesen Mechanismus zu entschlüsseln, erzeugten die Wissenschaftler Mausmodelle, in denen die verschiedenen Arten von endokrinen Zellen der Bauchspeicheldrüse in verschiedenen Entwicklungsstadien genetisch mit einem fluoreszierenden Tracer markiert wurden, um sie nach der Geburt aufzuspüren. Die Zellen wurden bis zum Alter von zehn Monaten, wenn die Mäuse alt sind, verfolgt.

Eine detaillierte ID-Karte

In einem zweiten Artikel, der in Nature Communications veröffentlicht wurde, befasst sich das Team von Pedro Herrera mit dem Genexpressionsprofil der endokrinen Zellen der Bauchspeicheldrüse. "Die genaue Definition der 'Identitätskarte' dieser Zellen hilft uns nun, ein Werkzeug zu entwickeln, mit dem wir Zellersatztherapien zur Behandlung von Diabetes entwickeln können. Solche Therapien könnten beispielsweise darin bestehen, in vitro insulinproduzierende Zellen herzustellen oder die Regeneration der Bauchspeicheldrüse zu stimulieren, indem die Plastizität der von uns entdeckten Nicht-Beta-Zellen ausgenutzt wird", erklärt Léon van Gurp, Erstautor und Postdoktorand im Labor von Pedro Herrera.

Die Erzeugung von Ersatzzellen mit stabiler funktioneller Identität ist entscheidend für die Entwicklung zellbasierter Therapien zur Behandlung degenerativer Erkrankungen. Ihre Herstellung erfordert jedoch zuverlässige Instrumente zur genauen Bewertung der Zellidentitäten. Zu diesem Zweck führten die Forscher eine umfassende Meta-Analyse der Einzelzell-Transkriptomik durch, d. h. der Analyse der Gene, die von einzelnen endokrinen Zellen exprimiert werden, die aus menschlichen Pankreasinseln isoliert wurden (diese Zellen sind in kleinen "Clustern" innerhalb der Bauchspeicheldrüse gruppiert). Die Identifizierung von robust exprimierten Gensätzen ermöglicht die genaue Definition der genetischen Signatur jedes endokrinen Zelltyps der Bauchspeicheldrüse.

"Unsere Arbeit hat keine unmittelbare klinische Bedeutung. Durch die detaillierte Entschlüsselung der Mechanismen, die den Aufbau der zellulären Identitäten steuern, ebnet sie jedoch den Weg für die Entwicklung innovativer therapeutischer Ansätze zur Behandlung von Diabetes und anderen Krankheiten, die mit dem Verlust eines bestimmten Zelltyps einhergehen", schließt Pedro Herrera.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.