128 research outputs found
Pancreatic beta-cells: From generation to regeneration.
No full textThe pancreas is composed of two main compartments consisting of endocrine and exocrine tissues. The majority of the organ is exocrine and responsible for the synthesis of digestive enzymes and for their transport via an intricate ductal system into the duodenum. The endocrine tissue represents less than 2% of the organ and is organized into functional units called islets of Langerhans, comprising alpha-, beta-, delta-, epsilon- and PP-cells, producing the hormones glucagon, insulin, somatostatin, ghrelin and pancreatic polypeptide (PP), respectively. Insulin-producing beta-cells play a central role in the control of the glucose homeostasis. Accordingly, absolute or relative deficiency in beta-cells may ultimately lead to type 1 and/or type 2 diabetes, respectively. One major goal of diabetes research is therefore to understand the molecular mechanisms controlling the development of beta-cells during pancreas morphogenesis, but also those underlying the regeneration of adult injured pancreas, and assess their significance for future cell-based therapy. In this review, we will therefore present new insights into beta-cell development with focus on beta-cell regeneration
A genetic mouse model for progressive ablation and regeneration of insulin producing beta-cells
No full text<div><p>The putative induction of adult β-cell regeneration represents a promising approach for the treatment of type 1 diabetes. Toward this ultimate goal, it is essential to develop an inducible model mimicking the long-lasting disease progression. In the current study, we have established a novel β-cell ablation mouse model, in which the β-cell mass progressively declines, as seen in type 1 diabetes. The model is based on the β-cell specific genetic ablation of the transcription initiation factor 1A, TIF-IA, essential for RNA Polymerase I activity (TIF-IA<sup>Δ/Δ</sup>). Using this approach, we induced a slow apoptotic response that eventually leads to a protracted β-cell death. In this model, we observed β-cell regeneration that resulted in a complete recovery of the β-cell mass and normoglycemia. In addition, we showed that adaptive proliferation of remaining β-cells is the prominent mechanism acting to compensate for the massive β-cell loss in young but also aged mice. Interestingly, at any age, we also detected β-like cells expressing the glucagon hormone, suggesting a transition between α- and β-cell identities or <i>vice versa</i>. Taken together, the TIF-IA<sup>Δ/Δ</sup> mouse model can be used to investigate the potential therapeutic approaches for type 1 diabetes targeting β-cell regeneration.</p></div
Forcing alpha-cell-mediated beta-cell regeneration
No full textLe diabète de type 1 (DT1) résulte de la destruction des cellules β productrices d’insuline par le système immunitaire. Cette condition représente un enjeu de santé publique majeur car, malgré les thérapies actuelles, les patients atteints développent trop souvent des complications cardio-vasculaires. Des thérapies alternatives se doivent donc d’être mises au point. Ainsi, diverses approches visent à reprogrammer/différencier (in vitro ou in vivo) différents types cellulaires pancréatiques afin de générer des cellules β (productrices d’insuline) fonctionnelles. Dans ce but, notre laboratoire a notamment montré que les cellules α (productrices de glucagon) embryonnaires peuvent être régénérées et converties en cellules β fonctionnelles par l’expression ectopique du seul gène Pax4 (un gène normalement impliqué dans la spécification embryonnaire du lignage β - (Collombat and Mansouri, 2009)). Dans la première partie de ce travail, nous démontrons que les cellules α à l’âge adulte (Al-Hasani et al., 2013) retiennent leur capacité de régénération et de conversion en cellules β, celles-ci étant fonctionnelles et capable de remplacer plusieurs fois l’ensemble des cellules β du pancréas. Cependant, cette approche transgénique serait difficile à mettre en œuvre chez l’homme. De nombreux cribles furent donc initiées dans le but de trouver des petites molécules/composés chimiques mimant les effets de Pax4. Un composé potentiel, GABA, fut ainsi identifié et caractérisé.Type 1 diabetes (T1D) results from the destruction of insulin-producing β-cells by the immune system. This condition is a major public health issue because, despite current therapies, patients often develop cardiovascular complications. Therefore alternative therapies need to be developed. Thus, various approaches are designed to reprogram / differentiate (in vitro or in vivo) different pancreatic cell types to generate functional (insulin-producing) β-cells. To this end, our laboratory has shown that especially the embryonic α-cells (producing glucagon) can be regenerated and converted into functional β-cells by the ectopic expression of the Pax4 gene (usually a gene involved in the specification of embryonic lineage β - (Collombat and Mansouri, 2009)). In the first part of this work, we show that α-cells in adulthood (Al-Hasani et al., 2013) retain their capacity for regeneration and conversion into β-cells, the latter being functional and able to replace repeatedly all the β-cells of the pancreas. However, this transgenic approach would be difficult to implement in humans. Many screens were therefore initiated in order to find small molecules / chemical compounds that mimic the effects of Pax4. A potential compound, GABA, was identified and characterized. Our results demonstrate that treatment of WT mice with GABA results in a significant increase in the number and size of the islets (caused by insulin+ cell hyperplasia). By using lineage tracing tools, our results indicate that these "β-like" neo-generated cells are coming from glucagon+ cells
A regulatory path associated with X-linked intellectual disability and epilepsy links KDM5C to the polyalanine expansions in ARX
No full textIntellectual disability (ID) and epilepsy often occur together and have a dramatic impact on the development and quality of life of the affected children. Polyalanine (polyA)-expansion-encoding mutations of aristaless-related homeobox (ARX) cause a spectrum of X-linked ID (XLID) diseases and chronic epilepsy, including infantile spasms. We show that lysine-specific demethylase 5C (KDM5C), a gene known to be mutated in XLID-affected children and involved in chromatin remodeling, is directly regulated by ARX through the binding in a conserved noncoding element. We have studied altered ARX carrying various polyA elongations in individuals with XLID and/or epilepsy. The changes in polyA repeats cause hypomorphic ARX alterations, which exhibit a decreased trans-activity and reduced, but not abolished, binding to the KDM5C regulatory region. The altered functioning of the mutants tested is likely to correlate with the severity of XLID and/or epilepsy. By quantitative RT-PCR, we observed a dramatic Kdm5c mRNA downregulation in murine Arx-knockout embryonic and neural stem cells. Such Kdm5c mRNA diminution led to a severe decrease in the KDM5C content during in vitro neuronal differentiation, which inversely correlated with an increase in H3K4me3 signal. We established that ARX polyA alterations damage the regulation of KDM5C expression, and we propose a potential ARX-dependent path acting via chromatin remodeling.Loredana Poeta, Francesca Fusco, Denise Drongitis, Cheryl Shoubridge, Genesia Manganelli, Stefania Filosa, Mariateresa Paciolla, Monica Courtney, Patrick Collombat, Maria Brigida Lioi, Jozef Gecz, Matilde Valeria Ursini, and Maria Giuseppina Mian
Conversion of gastrointestinal somatostatin-expressing D cells into insulin-producing β-like cells upon Pax4 misexpression
No full textLe diabète est l'une des maladies métaboliques les plus répandues dans le monde. Différents types de diabète ont été décrits comme le diabète de type 1, de type 2 et monogénique. Le diabète de type 1 résulte de la perte auto-immune des cellules β productrices d'insuline. Il est important de souligner que malgré les thérapies actuelles, les personnes diabétiques de type 1 présentent encore une qualité de vie considérablement altérée et une espérance de vie réduite. Il subsiste donc un fort besoin en thérapies alternatives. Une piste de recherche d'un grand intérêt est la régénération des cellules β par conversion de cellules endogènes en cellules productrices d'insuline.Des résultats antérieurs de notre laboratoire ont démontré que l'expression ectopique de Pax4 dans les cellules β pancréatiques productrices de somatostatine induit leur néo-genèse et leur conversion en cellules β. Fait intéressant, le tractus gastro-intestinal contient un grand nombre de cellules D exprimant la somatostatine. L’on pourrait donc se demander si telle conversion médiée par Pax4 pourrait également déclencher la transformation des cellules D intestinales en cellules β.Dans ce but, nous avons généré des souris transgéniques exprimant Pax4 dans les cellules productrices de somatostatine et nous avons analysé le duodénum et l'estomac. De plus, nous avons également mis en œuvre une approche ex vivo basée sur des organoïdes intestinaux dérivés de souris.Nos résultats démontrent la présence de cellules insuline+ dans les tissus gastro-intestinaux analysés, et par le traçage de lignage, il apparait que ces cellules proviennent de cellules D. Une caractérisation plus poussée des cellules productrices d’insuline résultantes montre qu'elles expriment plusieurs marqueurs de cellules β. De plus, nous avons évalué la fonctionnalité de ces cellules néo-générées au moyen d'organoïdes intestinaux. Les résultats obtenus prouvent la capacité des organoïdes transgéniques à libérer de l'insuline en réponse à une stimulation par le glucose.Ainsi, nos résultats suggèrent que la seule expression ectopique de Pax4 dans les cellules D les convertit en cellules de type β. De plus, ces cellules d'insuline+ néo-générées sont fonctionnelles, ce qui ouvre la porte vers de nouvelles recherches d’intérêt pour le diabète de type 1.Diabetes is one of the most common metabolic diseases worldwide. Different types of diabetes have been described such as type 1, type 2 and monogenic diabetes. Type 1 diabetes results from the autoimmune-mediated loss of insulin-producing β-cells. Importantly, despite currently available therapies, type 1 diabetic individuals still exhibit a significantly altered quality of life and a shortened life expectancy. There is therefore a need for the establishment of alternative therapies. One research avenue of great interest is the regeneration of lost β-cells by converting endogenous cells into insulin-producing cells.Previous results from our laboratory demonstrated that the ectopic expression of Pax4 in pancreatic somatostatin-producing β-cells triggers their neogenesis and subsequent conversion into β-like cells. Interestingly, the gastrointestinal tract contains a great number of somatostatin-expressing D cells. One could therefore wonder whether such Pax4-mediated conversion could also trigger D cells to be turned into β-like cells. Towards this goal, we generated transgenic mice misexpressing Pax4 in somatostatin cells and we analysed the duodenum and the stomach. Moreover, we also implemented an ex vivo approach based on mice-derived gut organoids.Our results outlined the presence of insulin+ cells in the gastrointestinal tissues analysed, and by lineage tracing, we proved that these cells arose from D cells. Further characterisation of the insulin-converted cells demonstrated that they expressed several β-cell markers. Additionally, we assessed the functionality of these neo-generated β-like cells by means of gut organoids. The results obtained proved the capacity of transgenic organoids to release insulin upon glucose stimulation.Hence, our results suggest that the sole misexpression of Pax4 in D cells converts these into β-like cells. Further, we confirmed that these gastrointestinal neo-generated insulin+ cells are functional, thus opening new research avenues in the context of diabetes research
Neurog3 misexpression in adult pancreatic duct cells reveals their plasticity
No full textLe pancréas est constitué de deux tissus : exocrine et endocrine. Le tissu endocrine est organisé en îlots de Langerhans, comprenant 5 sous-types cellulaires dont les deux principaux (α et β) sécrètent respectivement le glucagon et l’insuline. Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la perte des cellules β et donc une hyperglycémie chronique. Les thérapies actuelles sont efficaces mais contraignantes, amenant une partie de la recherche actuelle à déchiffrer les mécanismes de la genèse des cellules β et/ou de leur régénération pour tenter d’établir des thérapies alternatives. Des études ont permis de caractériser la cascade de facteurs de transcription différentiant les cellules progénitrices pancréatiques durant le développement, dont Neurog3 spécifiant le lignage endocrine et le gène Pax4 favorisant le lignage β. De précédents résultats nous ont amenés à établir l’hypothèse que les cellules canalaires pancréatiques contiendraient une source potentielle de précurseurs, qui par la réexpression de Neurog3 pourraient devenir endocrine, ce que nous avons analysé in vivo après avoir généré les souris transgéniques correspondantes. Nous avons observé un accroissement considérable de la taille des îlots, dû à une augmentation du nombre de chaque sous-type cellulaire endocrine. Nous démontrons que ces cellules endocrines supplémentaires ont bien une origine canalaires, tandis que des études physiologiques indiquent une réponse fonctionnelle de l’insuline suite à une injection de glucose. Finalement, nos analyses apportent également la preuve que le devenir de ces nouvelles cellules endocrines peut être modulé en agissant sur l’activité du gène Pax4.The pancreas can be divided into two tissue types: exocrine and endocrine. The endocrine tissue is organized into clusters of cells named islets of Langerhans, comprising five cell subtypes of which the two main (α and β) secrete respectively glucagon and insulin. Type 1 diabetes is an auto-immune disease resulting in the loss of pancreatic β-cells and, consequently, in chronic hyperglycemia. Current therapies are efficient but remain highly binding, leading current research to aim at deciphering the β-cell genesis and/or regeneration to potentially establish new therapies. Many studies characterized the specific cascade of transcription factors differentiating pancreatic progenitor cells during development, including Neurog3 specifying the endocrine lineage and Pax4 favoring the β-cell lineage. Previous results obtained in the lab led us to establish the hypothesis that pancreatic ducts may contain a potential source of progenitor cells, which could become endocrine cells through re-expression of Neurog3. Thus, we investigated the consequences of the ectopic misexpression of Neurog3 in pancreatic duct cells in vivo. Using this strategy, we observed a dramatic increase in islet size, due to an augmentation in all endocrine cells types. Lineage tracing allowed us to demonstrate that the new endocrine cells have a ductal origin, while physiological studies displayed functional insulin response upon a glucose bolus. Finally, our analyses also demonstrated that the fate of these newly generated endocrine cells could be modulated by acting on the Pax4 gene
Analysis of transgenic animals conditionally misexpressing Pax4 in pancreatic alpha-cells
No full textDans ce travail, nous démontrons que l’expression ectopique de Pax4 dans les cellules glucagon+ adultes induit, indépendamment de l’âge, leur néogenèse et transformation en cellules «bêta-like», ce qui entraîne une hypertrophie des îlots et une néogenèse inattendue des îlots. Par l’utilisation de plusieurs approches de traçage, nous démontrons que la conversion des cellules alpha en cellules «bêta-like» médiée par l’expression de Pax4, induit également la mobilisation de précurseurs situés dans ou à proximité des canaux pancréatiques. Ces cellules ré-expriment le gène développemental Ngn3 et adoptent successivement une identité de cellules glucagon+ puis de cellules «bêta-like», suggérant le réveil des mécanismes embryonnaires. Il et à noter que ces processus sont capables de régénérer la totalité de la masse de cellules bêta après plusieurs séries d’induction chimique du diabète. Ces résultats offrent ainsi des perspectives prometteuses pour concevoir de nouvelles stratégies thérapeutiques et régénératrices dans le contexte du diabète du type I. Dans un deuxième chapitre, ce travail décrit nos résultats d'analyse par puce à ADN de pancréas transgénique d’animaux exprimant conditionnellement le gène Pax4 dans les cellules alpha adultes. Cette approche nous permis d'identifier de potentiels gènes cibles de Pax4, qui pourraient jouer un rôle important dans les processus de régénération de la masse de cellules bêta. L’analyse de la fonction de l’un de ces gènes, le facteur de croissance indépendante 1 (Gfi1) est décrite.In this work we demonstrate that the inducible misexpression of Pax4 in glucagon+ cells age-independently provokes their conversion into beta-like cells and their glucagon shortage-mediated replacement, this process resulting in islet hypertrophy and in an unexpected islet neogenesis. Taking advantage of several lineage-tracing approaches, we show that, upon Pax4-mediated alpha-to-beta-like cell conversion, pancreatic duct-lining precursor cells are mobilized, re-express the developmental gene Ngn3, and successively adopt a glucagon+ and a beta-like cell identity through a mechanism involving the reawakening of the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). It is worth mentioning, that these processes can repeatedly regenerate the entire beta-cell mass, and thereby reverse several rounds of streptozotocin-mediated chemically-induced Type I diabetes. This approach thereby provides promising perspectives to design novel therapeutic regenerative strategies. Aiming to gain further insight into the molecular mechanisms underlying these regeneration and reprogramming processes, and thereby identify new putative targets of interest, a thorough micro array analysis was performed using pancreata from transgenic mice conditionally misexpressing Pax4 in adult alpha-cells. We thereby identified several promising candidate genes, whose gene expression was significantly altered in induces animals. Among these was Growth factor independent 1 (Gfi1): its expression pattern and putative function in the murine pancreas will be described in this work
Novel strategies to induce pancreatic beta-cell neogenesis and regeneration
No full textLe pancréas est une glande abdominale localisée en arrière de l’estomac et connectée au duodénum, qui représente le début de l’intestin grêle. Il est constitué de deux contingents tissulaires : le compartiment exocrine, comprenant les cellules acinaires et les cellules canalaires, e le compartiment endocrine. Les cellules acinaires assurent la production d’enzymes digestives, acheminées au travers d’un réseau élaboré de canaux (formé par les cellules canalaires) jusqu’au duodénum. Le pancréas endocrine est organisé en petits groupes de cellules appelés îlots de Langerhans. Ces structures sont composées par 5 types cellulaires différents, chacune d’entre elles est dédiée à la production d’une hormone spécifique: les cellules α, β, δ, PP et ε, synthétisant respectivement les hormones glucagon, insuline, somatostatine, polypeptide pancréatique (PP) et ghréline.Notre laboratoire concentre ses recherches sur le diabète de type 1 (DT1), une maladie chronique caractérisée par la destruction auto-immune des cellules bêta, résultante en hyperglycémie chronique. Compte tenu de la complexité des mécanismes moléculaires sous-jacents au DT1 et des lacunes des thérapies actuelles, de nombreuses études sont en cours dans le but commun de trouver des approches et des thérapies alternatives à cette maladie.Dans un criblage visant à découvrir de nouveaux inducteurs de la néogenèse des cellules β, nous avons identifié deux peptides sécrétés dont l'expression et les fonctions dans le pancréas avaient été pauvrement explorées dans le passé. Après avoir établi leur profil d'expression et leur localisation dans le pancréas, nous avons recourus à des études de perte de fonction pour évaluer s'ils pouvaient jouer un rôle dans la physiopathologie du pancréas. De façon intéressante, nos données ont montré pour la première fois un rôle crucial de ces facteurs dans la régulation de la néogenèse et de la fonction des cellules β. De plus, nous avons également pu démontrer que l'administration exogène de l'un de ces deux facteurs candidats, dont la surexpression s'est avérée bénéfique pour la physiologie du pancréas par notre analyse précédente sur des modèles de souris transgéniques, était suffisante pour stimuler la prolifération des cellules β. De plus, nous avons déterminé qu'un traitement à long terme avec ce composé était capable d'augmenter considérablement la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose, conduisant ainsi à une tolérance au glucose significativement améliorée.Ensemble, nos résultats suggèrent que ces nouveaux facteurs sécrétés jouent un rôle central sur la physiologie des cellules β pancréatiques et que les stratégies visant à contrôler leur expression pourraient être bénéfiques pour la recherche sur le diabète.The pancreas is an abdominal gland located behind the stomach and connected to the duodenum, the first portion of the small intestine. It is organized into two main tissue types: the exocrine compartment, consisting of acinar cells and a ductal system, and the endocrine tissue. Acinar cells produce digestive enzymes that are guided towards the duodenum by an organized network of ducts. The endocrine compartment is organized in highly vascularized cell clusters, termed islets of Langerhans, containing five different cell subtypes, alpha-, beta-, delta-, PP- and epsilon- cells, producing glucagon, insulin, somatostatin, pancreatic polypeptide and ghrelin hormones respectively. Our laboratory focuses its research on Type 1 Diabetes (T1D), a chronic disease characterized by the autoimmune-mediated destruction of the beta-cell pool and a consequent hyperglycemia. Given the complexity of the molecular mechanisms underlying T1D and the shortcomings of current therapies, numerous studies are undergoing with the common purpose of finding alternative approaches and therapies to this disease.In a screen seeking to uncover novel inducers of β-cell neogenesis, we identified two secreted peptides whose expression and functions in the pancreas had been poorly explored in the past. Having established their expression profile and their localization within the pancreas, we resorted to loss-of-function studies to evaluate whether they could play a role in pancreas physiopathology. Interestingly, our data showed for the first time a crucial role of these factors in regulating β-cells neogenesis and function. Additionally, we could also demonstrate that exogenous administration of one of these two candidate factors, whose overexpression was shown to be beneficial for pancreas physiology by our previous analysis on transgenic mouse models, was sufficient to stimulate β-cell proliferation. Moreover, we determined that long-term treatment with this compound was able to greatly increase glucose-stimulated insulin secretion, therefore leading to a significantly improved glucose tolerance. Together, our results suggest that these novel secreted factors play a pivotal role on pancreatic β-cell physiology and that strategies aiming at controlling their expression could be beneficial for diabetes research
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