Circa otto milioni di persone vivono con il diabete di tipo 1 (T1D) in tutto il mondo, una condizione autoimmune cronica in cui l’organismo attacca e distrugge le proprie cellule β produttrici di insulina (pronunciate “beta”) nel pancreas, portando a una mancanza di insulina e di incapacità di regolare lo zucchero nel sangue. Non si sa perché il corpo improvvisamente percepisca le proprie cellule β come nemiche; alcune evidenze suggeriscono che fattori ambientali come le infezioni virali possano innescare l’insorgenza del T1D, altri suggeriscono che anche la genetica potrebbe svolgere un ruolo.
La ricerca innovativa condotta dai ricercatori del Joslin Diabetes Center getta nuova luce sui del T1D. I loro risultati, pubblicati su Nature Cell Biology, offrono nuove strade per interventi mirati per la condizione autoimmune cronica.
Diabete di tipo 1: cambiamenti nelle cellule β del pancreas all’esordio della malattia
“Nel campo del diabete di tipo 1, la ricerca si è concentrata in gran parte sulla comprensione della componente immunitaria, ma il nostro studio sostiene che le cellule β svolgono un ruolo significativo”, hanno affermato Rohit N. Kulkarni, MD, Ph.D., Margaret A. Congleton Chair e co-responsabile della sezione sulla biologia delle isole e della rigenerazione presso il Joslin Diabetes Center.
“I nostri risultati suggeriscono che la cellula β potrebbe avviare eventi chiave che poi promuovono il meccanismo autoimmune per andare storto. È un approccio che cambia il paradigma.”
In una serie di esperimenti con cellule β prelevate da un modello murino di T1D, nonché da esseri umani con T1D accertato, Kulkarni e colleghi hanno messo in evidenza la complessa cascata di passaggi biochimici chiamata via di segnalazione che controlla la risposta immunitaria innata all’esordio. del T1D.
Il team ha identificato un percorso che influenza le caratteristiche immunitarie delle cellule beta, agendo come interruttori di controllo che le identificano come amiche o nemiche per il corpo. Questi interruttori di controllo possono essere immaginati come piccoli tag.
Un tag specifico su cui si sono concentrati i ricercatori, chiamato N6-metiladenosina (m6A), svolge un ruolo vitale nella risposta delle cellule beta durante l’insorgenza del T1D. Regolando questi interruttori di controllo, i ricercatori sono stati in grado di influenzare i livelli di una proteina cruciale lungo questo percorso, portando a un notevole ritardo nella progressione della malattia in un modello murino di T1D.
Dario F. De Jesus MSc, Ph.D., autore principale dello studio e ricercatore associato presso il Kulkarni Lab, ha identificato l’enzima chiave METTL3 come cruciale per la regolazione delle difese antivirali delle cellule β.
Nelle fasi avanzate del T1D, quando i livelli di METTL3 erano bassi, suggeriva che livelli più elevati di METTL3 proteggessero le cellule beta dalle disfunzioni. Migliorando la produzione di METTL3 nel modello murino , il team è riuscito a ritardare la progressione della malattia.
“Questa scoperta suggerisce che gli interventi per aumentare i livelli di METTL3 sono una potenziale strategia per proteggere le cellule beta e rallentare la progressione del diabete di tipo 1”, ha affermato De Jesus, che è anche docente di medicina presso la Harvard Medical School.
Nel loro insieme, queste diverse linee di prova dipingono un quadro più chiaro degli eventi immunitari che circondano l’insorgenza ancora misteriosa del T1D, compreso un nuovo meccanismo che potrebbe essere sfruttato per la protezione delle cellule β. Hanno inoltre dimostrato che l’enzima METTL3 ha il potenziale di promuovere la sopravvivenza e la funzione delle cellule β durante la progressione della malattia.
“È interessante notare che questo percorso ha composti disponibili in commercio che sono stati utilizzati nel contesto di altre malattie”, ha affermato Kulkarni, che è anche professore di medicina alla Harvard Medical School.
“Sebbene si tratti di un obiettivo diverso, è un approccio che ha dimostrato di funzionare. Tra i nostri prossimi passi, ci concentreremo sull’identificazione di molecole e percorsi specifici che possono essere sfruttati per migliorare la protezione delle cellule β.”
Spingere la proliferazione precoce delle cellule beta può fermare l’attacco autoimmune nel modello di diabete di tipo 1
Molte cure in fase di sviluppo per il diabete di tipo 1 si sono comprensibilmente concentrate sull’affrontare l’aspetto autoimmune della malattia prima di trovare un modo per sostituire le cellule beta distrutte. Ma cosa accadrebbe se concentrarsi prima sulle cellule beta potesse impedirne del tutto la distruzione?
I ricercatori della Joslin hanno scoperto che aumentare la proliferazione e il ricambio delle cellule beta prima che si manifestino i segni del diabete di tipo 1 potrebbe arrestare lo sviluppo della malattia. Nei modelli animali, i ricercatori del laboratorio di Rohit N. Kulkarni MD Ph.D., professore di medicina HMS e capo della co-sezione di biologia rigenerativa e delle isole presso il Joslin Diabetes Center, hanno spinto la crescita delle cellule beta mentre gli animali erano ancora giovani, il che significa che gli organi del sistema immunitario erano ancora in via di sviluppo e ancora suscettibili di manipolazione. I risultati sono stati pubblicati oggi su Nature Metabolism .
“Siamo chiaramente i primi a dimostrare che se si spinge la proliferazione per generare continuamente nuove cellule beta produttrici di insulina prima che inizi l’invasione delle cellule immunitarie, allora, per qualche motivo che stiamo ancora cercando di capire, le cellule immunitarie smettono di attaccare le cellule beta, ” dice il dottor Kulkarni.
Questa scoperta sorprendente è stata attentamente esaminata nel laboratorio del Dr. Kulkarni in esperimenti guidati da Ercument Dirice Ph.D., istruttore HMS in medicina e ricercatore associato presso il Joslin Diabetes Center. Gli studi sono stati completati in due diversi modelli murini inclini al diabete. Uno era un modello geneticamente modificato che mostrava un aumento della crescita delle cellule beta subito dopo la nascita, mentre al secondo modello è stato iniettato in tenera età un agente noto per aumentare la proliferazione delle cellule beta.
Quindi, hanno raccolto campioni dalla milza per monitorare il numero di cellule T e B, entrambe coinvolte nelle reazioni autoimmuni associate al diabete di tipo 1. Quando i ricercatori hanno trapiantato le cellule delle isole raccolte dagli animali protetti in un topo diverso, i riceventi hanno mostrato protezione dalla reazione autoimmune per un periodo più lungo.
“È molto emozionante osservare che l’induzione della replicazione delle cellule beta in modo tempestivo ha prodotto un profilo immunitario rimodellato che protegge specificamente le cellule beta prese di mira”, ha affermato il dottor Dirice, recentemente nominato docente del New York Medical College. , Scuola di Medicina.
“Anche [in un modello murino altamente suscettibile], quando si spinge la proliferazione per generare nuove cellule beta, il 99% degli animali è sopravvissuto, e quasi fino a due anni, il che è molto insolito”, afferma il dott. Kulkarni.
Qualcosa nel rapido ricambio delle cellule beta “confonde” la reazione autoimmune, in un certo senso. Le cellule beta non sembrano presentare gli autoanticorpi tipici della progressione del diabete di tipo 1. Sembrano anche essere più resistenti allo stress, il che è stata una scoperta secondaria nella parte degli esperimenti dedicata ai trapianti. Questa resistenza allo stress potrebbe influire sulla loro capacità di resistere a qualsiasi attacco autoimmune.
“Crediamo che ci siano alcune alterazioni nelle nuove cellule beta in cui un numero di cellule presentate come autoantigeni sono ridotte o diluite e quindi, a causa della presentazione lenta degli antigeni, il numero di cellule T autoreattive è meno patogeno”, afferma Dottor Kulkarni. “C’è chiaramente un legame tra questi due processi. Un meccanismo preciso, i percorsi e le proteine coinvolte richiederanno uno studio di follow-up.”
Questo non è il primo indizio che la proliferazione delle cellule beta potrebbe essere una sorta di fattore protettivo per le persone con diabete di tipo 1. Lo studio Medaglia di Joslin ha dimostrato che molti di quelli con diabete di tipo 1 di lunga durata conservano ancora alcune funzioni e crescita delle cellule beta più di 50 anni dopo la diagnosi.
Una volta che il processo di utilizzo della proliferazione delle cellule beta come misura preventiva sarà meglio compreso, potrebbe passare agli studi sull’uomo e alle sperimentazioni cliniche. Trovare la finestra giusta per forzare la proliferazione delle cellule beta negli esseri umani potrebbe ritardare o addirittura impedire la distruzione delle cellule beta da parte delle cellule autoimmuni. Tuttavia, nel corpo esisterebbe ancora un certo grado di autoimmunità, quindi sarebbe comunque necessario un trattamento appropriato per sopprimere il sistema immunitario.
Questo studio è stato sostenuto in parte da una sovvenzione della JDRF. “Mentre lavoriamo per sviluppare strategie per sostituire o far ricrescere le cellule produttrici di insulina per curare il T1D, questo lavoro dei dottori Kulkarni e Dirice ci fornisce informazioni importanti su come potremmo proteggere queste nuove cellule dagli attacchi autoimmuni. Questo è un ottimo esempio dell’importanza del programma di formazione della JDRF per lo sviluppo di nuovi scienziati T1D di successo.” Ha affermato Frank Martin, Ph.D., direttore associato della ricerca della JDRF.
“Siamo davvero entusiasti di portare avanti le cose”, afferma il dottor Kulkarni. “Speriamo che ora possiamo iniziare a pensare a come tradurlo negli esseri umani.”
Identificate cellule immunitarie che promuovono la crescita delle cellule beta nel diabete di tipo 1
I ricercatori Joslin hanno identificato le cellule immunitarie che promuovono la crescita delle cellule beta nel diabete di tipo 1. Questo studio fornisce ulteriori prove di un ruolo modificato delle cellule immunitarie nella patologia del diabete di tipo 1. Lo studio appare online in Diabetes.
Nel diabete di tipo 1, il sistema immunitario si infiltra nelle isole pancreatiche e distrugge le cellule beta produttrici di insulina . Tuttavia, studi precedenti condotti su topi diabetici non obesi (NOD) hanno suggerito che anche le cellule immunitarie possono contribuire a preservare le cellule beta. Questa nozione è rafforzata dall’osservazione dei ricercatori Joslin che hanno riferito che i membri del 50-Year Medalist Study del Centro, che hanno vissuto con il diabete di tipo 1 per 50 anni o più, conservano alcune cellule beta e producono insulina.
“La visione tradizionale del diabete di tipo 1 era che le cellule immunitarie uccidessero tutte le cellule beta e le persone affette dalla malattia avrebbero dovuto assumere insulina per tutta la vita. Ma sappiamo che alcune cellule beta sopravvivono e secernono insulina anche quando i pazienti hanno avuto il diabete di tipo 1 per 50 anni”, afferma l’autore senior Rohit N. Kulkarni, MD, Ph.D., ricercatore senior nella sezione sulle cellule insulari e biologia rigenerativa presso Joslin e professore associato di medicina presso la Harvard Medical School.
In questo studio, i ricercatori di Joslin erano interessati a scoprire esattamente come le cellule immunitarie potrebbero promuovere la crescita delle cellule beta e identificare il tipo di cellula e i meccanismi alla base di questo effetto.
In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno iniettato nei topi NOD cellule immunitarie provenienti dalle isole pancreatiche dei topi NOD donatori e hanno valutato i loro effetti sulle cellule beta. Le cellule immunitarie testate includevano sottotipi di cellule immunitarie B o T.
I ricercatori hanno scoperto che sono le cellule T e non le cellule B ad essere associate alla proliferazione delle cellule beta . I topi che hanno ricevuto cellule B non hanno mostrato differenze nella crescita delle cellule beta. I topi che hanno ricevuto i sottotipi di cellule T CD4+ e CD8+ hanno mostrato un aumento di tutti i marcatori di proliferazione delle cellule beta rispetto ai topi che non li hanno ricevuti. I ricercatori hanno anche scoperto che la crescita delle cellule beta avviene dopo che le isole sono state infiltrate dalle cellule immunitarie ed è indipendente dagli effetti del glucosio e dell’insulina.
Ulteriori esperimenti con colture cellulari hanno mostrato che le cellule CD4+ e CD8+ secernono citochine e chemochine infiammatorie (Interleuchina 2, Interleuchina 6, Interleuchina 10, MIP-1® e RANTES), che insieme migliorano la proliferazione delle cellule beta. Questo è il primo studio a riportare che questo gruppo di “fattori solubili” è coinvolto nella promozione della crescita delle cellule beta.
“Questo ci fornisce nuove informazioni su ciò che sta accadendo nella patologia del diabete di tipo 1. Le cellule immunitarie che abbiamo identificato inviano segnali che sembrano proteggere e promuovere la crescita delle cellule beta . Ciò apre una nuova entusiasmante area a cui gli scienziati hanno pensato; ora abbiamo dati concreti per confermarlo”, afferma il dottor Kulkarni.
Il prossimo passo sarà studiare gli effetti delle cellule immunitarie sulla crescita delle cellule beta umane. I fattori secreti dalle cellule CD4+ e CD8+ sono potenziali candidati terapeutici per migliorare la crescita delle cellule beta per prevenire o ritardare l’insorgenza del diabete di tipo 1 .
“Abbiamo bisogno di saperne di più sulla relazione tra morte e proliferazione delle cellule beta per determinare se possiamo sfruttare queste sostanze solubili per incoraggiare la proliferazione delle cellule beta piuttosto che la distruzione”, afferma il dottor Kulkarni.
Le cellule staminali adulte potrebbero essere la chiave per curare il diabete di tipo 1
Milioni di persone con diabete di tipo 1 dipendono dalle iniezioni giornaliere di insulina per sopravvivere. Senza le iniezioni morirebbero perché il loro sistema immunitario attacca proprio le cellule produttrici di insulina per cui è stato progettato. Ora, uno scienziato dell’Università del Missouri ha scoperto che questo attacco provoca più danni di quanto pensassero gli scienziati. La rivelazione sta portando a una potenziale cura che combina le cellule staminali adulte con un nuovo farmaco promettente.
La scoperta è riportata nell’attuale numero online di Diabetes , la principale pubblicazione di ricerca dell’American Diabetes Association . Habib Zaghouani, PhD, cattedra di pediatria J. Lavenia Edwards, guida la ricerca con il suo team presso la MU School of Medicine.
“Abbiamo scoperto che il diabete di tipo 1 distrugge non solo le cellule produttrici di insulina, ma anche i vasi sanguigni che le sostengono”, ha detto Zaghouani. “Quando ci siamo resi conto di quanto fossero importanti i vasi sanguigni per la produzione di insulina , abbiamo sviluppato una cura che combina un farmaco da noi creato con cellule staminali adulte provenienti dal midollo osseo. Il farmaco ferma l’attacco del sistema immunitario e le cellule staminali generano nuovi vasi sanguigni che aiutano cellule produttrici di insulina di moltiplicarsi e prosperare.”
Circondato da un esercito di studenti e da una colonia di topi, Zaghouani ha trascorso gli ultimi 12 anni nel suo laboratorio alla MU studiando malattie autoimmuni come il diabete di tipo 1. Spesso chiamata diabete giovanile, la malattia può portare a numerose complicazioni, tra cui malattie cardiovascolari, danni ai reni , danni ai nervi , osteoporosi e cecità.
Il diabete di tipo 1 attacca il pancreas. L’organo, che ha le dimensioni di una mano e si trova nell’addome, ospita gruppi di cellule chiamate isole. Le isole contengono cellule beta che producono insulina, che controlla i livelli di zucchero nel sangue . Nelle persone con diabete di tipo 1, le cellule beta non producono più insulina perché il sistema immunitario del corpo le ha attaccate e distrutte.
Quando il sistema immunitario colpisce le cellule beta, l’attacco provoca danni collaterali ai capillari che trasportano il sangue da e verso le isole. Il danno arrecato ai minuscoli vasi sanguigni ha portato Zaghouani su un nuovo percorso verso la cura.
In studi precedenti, Zaghouani e il suo team hanno sviluppato un farmaco contro il diabete di tipo 1 chiamato Ig-GAD2. Hanno scoperto che il trattamento con il farmaco ha impedito al sistema immunitario di attaccare le cellule beta, ma troppo poche cellule beta sono sopravvissute all’attacco per invertire la malattia. Nel suo ultimo studio, Zaghouani ha utilizzato Ig-GAD2 e poi ha iniettato cellule staminali adulte dal midollo osseo nel pancreas nella speranza che le cellule staminali si evolvessero in cellule beta.
“La combinazione di Ig-GAD2 e cellule del midollo osseo ha portato alla produzione di nuove cellule beta, ma non nel modo che ci aspettavamo”, ha detto Zaghouani. “Pensavamo che le cellule del midollo osseo si sarebbero evolute direttamente in cellule beta. Invece, le cellule del midollo osseo hanno portato alla crescita di nuovi vasi sanguigni, e sono stati i vasi sanguigni a facilitare la riproduzione di nuove cellule beta. In altre parole, abbiamo scoperto che Per curare il diabete di tipo 1, dobbiamo riparare i vasi sanguigni che permettono alle cellule beta del soggetto di crescere e distribuire l’insulina in tutto il corpo.”
Zaghouani sta perseguendo un brevetto per il suo promettente trattamento e spera di trasferire la sua scoperta dall’uso nei topi all’uomo. Sta continuando la sua ricerca con i finanziamenti del National Institutes of Health e della MU.
“Questo è estremamente entusiasmante per il nostro gruppo di ricerca”, ha affermato. “La nostra scoperta sull’importanza del ripristino dei vasi sanguigni ha il potenziale per essere applicata non solo al diabete di tipo 1 ma anche a una serie di altre malattie autoimmuni”.