Kích hoạt in vivo con đường PI3K–Akt trong tế bào beta của chuột do đột biến EGFR L858R bảo vệ chống lại bệnh tiểu đường

Springer Science and Business Media LLC - Tập 57 - Trang 970-979 - 2014
Elina Hakonen1, Jarkko Ustinov1, Décio L. Eizirik2, Hannu Sariola3, Päivi J. Miettinen1,4, Timo Otonkoski1,4
1Research Programs Unit, Molecular Neurology, Biomedicum Stem Cell Center, University of Helsinki, Helsinki, Finland
2Laboratory of Experimental Medicine, ULB Center for Diabetes Research, Universite Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium
3Institute of Biomedicine, Biochemistry and Developmental Biology, University of Helsinki, Helsinki, Finland
4Children’s Hospital, University of Helsinki and Helsinki University Central Hospital, Helsinki, Finland

Tóm tắt

Tín hiệu từ thụ thể EGF (EGFR) là cần thiết cho sự phát triển tế bào beta bình thường và sự sinh sản tế bào beta sau sinh. Chúng tôi đã kiểm tra xem sự sinh sản tế bào beta có thể được kích thích bởi việc kích hoạt EGFR ở bất kỳ độ tuổi nào và liệu điều này có thể bảo vệ tế bào beta chống lại sự apoptosis do các tổn thương gây tiểu đường trong mô hình chuột hay không. Chúng tôi đã tạo ra chuột transgenic có khả năng biểu hiện EGFR hoạt động liên tục (CA-EGFR) được kích thích bởi doxycycline dưới sự điều khiển của promoter insulin. Chuột được cho doxycycline ở các độ tuổi khác nhau trong các khoảng thời gian khác nhau, và sự sinh sản và khối lượng tế bào beta đã được phân tích. Chuột cũng được thử thách với streptozotocin và các đảo tụy được cô lập tiếp xúc với cytokine. Việc biểu hiện EGFR L858R dẫn đến sự phosphoryl hóa tăng của EGFR và Akt trong các đảo tụy. Biểu thức CA-EGFR trong quá trình phát triển tụy (ngày phôi [E]12.5 đến ngày sau sinh [P]1) đã làm tăng mức sinh sản và khối lượng tế bào beta ở chuột sơ sinh. Tuy nhiên, biểu thức CA-EGFR ở chuột trưởng thành không ảnh hưởng đến khối lượng tế bào beta. Biểu thức của gen chuyển giao đã cải thiện mức glycemia và làm giảm đáng kể apoptosis tế bào beta sau một liều cao duy nhất, cũng như sau nhiều liều thấp của streptozotocin. Các nghiên cứu cơ chế in vitro cho thấy CA-EGFR bảo vệ các đảo tụy cô lập khỏi cái chết tế bào beta do cytokine gây ra, có thể bằng cách ức chế protein gây apoptosis BCL2-like 11 (BIM). Những phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng việc biểu hiện CA-EGFR trong tuyến tụy đang phát triển, nhưng không phải trong tuyến tụy trưởng thành, kích thích sự sao chép tế bào beta và dẫn đến sự gia tăng khối lượng tế bào beta. Quan trọng là, CA-EGFR bảo vệ tế bào beta chống lại cái chết do streptozotocin và cytokine gây ra.

Từ khóa

#EGFR #tế bào beta #kích hoạt PI3K-Akt #đột biến L858R #apoptosis #streptozotocin #cytokine #glycemia #chuột transgenic

Tài liệu tham khảo

Eizirik DL, Mandrup-Poulsen T (2001) A choice of death—the signal-transduction of immune-mediated beta-cell apoptosis. Diabetologia 44:2115–2133 Thomas HE, McKenzie MD, Angstetra E et al (2009) Beta cell apoptosis in diabetes. Apoptosis 14:1389–1404 Gurzov EN, Eizirik DL (2011) Bcl-2 proteins in diabetes: mitochondrial pathways of β-cell death and dysfunction. Trends Cell Biol 21:424–431 Herold KC, Vignali DAA, Cooke A, Bluestone JA (2013) Type 1 diabetes: translating mechanistic observations into effective clinical outcomes. Nat Rev Immunol 13:243–256 Schlessinger J, Ullrich A (1992) Growth factor signaling by receptor tyrosine kinases. Neuron 9:383–391 Citri A, Yarden Y (2006) EGF-ERBB signalling: towards the systems level. Nat Rev Mol Cell Biol 7:505–516 Kritzik MR, Krahl T, Good A et al (2000) Expression of ErbB receptors during pancreatic islet development and regrowth. J Endocrinol 165:67–77 Huotari M-A, Miettinen PJ, Palgi J et al (2002) ErbB signaling regulates lineage determination of developing pancreatic islet cells in embryonic organ culture. Endocrinology 143:4437–4446 Miettinen PJ, Huotari M, Koivisto T et al (2000) Impaired migration and delayed differentiation of pancreatic islet cells in mice lacking EGF-receptors. Development 127:2617–2627 Miettinen PJ, Ustinov J, Ormio P et al (2006) Downregulation of EGF receptor signaling in pancreatic islets causes diabetes due to impaired postnatal beta-cell growth. Diabetes 55:3299–3308 Cras-Meneur C, Elghazi L, Czernichow P, Scharfmann R (2001) Epidermal growth factor increases undifferentiated pancreatic embryonic cells in vitro: a balance between proliferation and differentiation. Diabetes 50:1571–1579 Miettinen P, Ormio P, Hakonen E et al (2008) EGF receptor in pancreatic beta-cell mass regulation. Biochem Soc Trans 36:280–285 Elghazi L, Bernal-Mizrachi E (2009) Akt and PTEN: beta-cell mass and pancreas plasticity. Trends Endocrinol Metab 20:243–251 Choi SH, Mendrola JM, Lemmon MA (2007) EGF-independent activation of cell-surface EGF receptors harboring mutations found in gefitinib-sensitive lung cancer. Oncogene 26:1567–1576 Shan Y, Eastwood MP, Zhang X et al (2012) Oncogenic mutations counteract intrinsic disorder in the EGFR kinase and promote receptor dimerization. Cell 149:860–870 Nir T, Melton D, Dor Y (2007) Recovery from diabetes in mice by beta cell regeneration. J Clin Invest 117:2553–2561 Politi K, Zakowski MF, Fan P-D, Schonfeld EA, Pao W, Varmus HE (2006) Lung adenocarcinomas induced in mice by mutant EGF receptors found in human lung cancers respond to a tyrosine kinase inhibitor or to down-regulation of the receptors. Genes Dev 20:1496–1510 Hakonen E, Ustinov J, Mathijs I et al (2011) Epidermal growth factor (EGF)-receptor signalling is needed for murine beta cell mass expansion in response to high-fat diet and pregnancy but not after pancreatic duct ligation. Diabetologia 54:1735–1743 Alanentalo T, Asayesh A, Morrison H et al (2007) Tomographic molecular imaging and 3D quantification within adult mouse organs. Nat Methods 4:31–33 Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−Delta Delta C(T)) method. Methods 25:402–408 Liu D, Pavlovic D, Chen MC, Flodström M, Sandler S, Eizirik DL (2000) Cytokines induce apoptosis in beta-cells isolated from mice lacking the inducible isoform of nitric oxide synthase (iNOS−/−). Diabetes 49:1116–1122 Flodström M, Tyrberg B, Eizirik DL, Sandler S (1999) Reduced sensitivity of inducible nitric oxide synthase-deficient mice to multiple low-dose streptozotocin-induced diabetes. Diabetes 48:706–713 Wicksteed B, Brissova M, Yan W et al (2010) Conditional gene targeting in mouse pancreatic ß-cells: analysis of ectopic Cre transgene expression in the brain. Diabetes 59:3090–3098 Irmer D, Funk JO, Blaukat A (2007) EGFR kinase domain mutations—functional impact and relevance for lung cancer therapy. Oncogene 26:5693–5701 Lenzen S (2008) The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia 51:216–226 Like AA, Rossini AA (1976) Streptozotocin-induced pancreatic insulitis: new model of diabetes mellitus. Science 193:415–417 Eizirik DL, Colli ML, Ortis F (2009) The role of inflammation in insulitis and beta-cell loss in type 1 diabetes. Nat Rev Endocrinol 5:219–226 Sandberg JO, Andersson A, Eizirik DL, Sandler S (1994) Interleukin-1 receptor antagonist prevents low dose streptozotocin induced diabetes in mice. Biochem Biophys Res Commun 202:543–548 Moore F, Naamane N, Colli ML et al (2011) STAT1 is a master regulator of pancreatic β-cell apoptosis and islet inflammation. J Biol Chem 286:929–941 Wang H, Gambosova K, Cooper ZA et al (2010) EGF regulates survivin stability through the Raf-1/ERK pathway in insulin-secreting pancreatic β-cells. BMC Mol Biol 11:66 Teta M, Long S, Wartschow L, Rankin M, Kushner J (2005) Very slow turnover of beta-cells in aged adult mice. Diabetes 54:2557–2567 Meier JJ, Butler AE, Saisho Y et al (2008) Beta-cell replication is the primary mechanism subserving the postnatal expansion of beta-cell mass in humans. Diabetes 57:1584–1594 Zeng N, Yang K-T, Bayan J-A et al (2013) PTEN controls β-cell regeneration in aged mice by regulating cell cycle inhibitor p16(ink4a.). Aging Cell 12:1000–1011 Bernal-Mizrachi E, Wen W, Stahlhut S, Welling CM, Permutt MA (2001) Islet beta cell expression of constitutively active Akt1/PKB alpha induces striking hypertrophy, hyperplasia, and hyperinsulinemia. J Clin Invest 108:1631–1638 Tuttle RL, Gill NS, Pugh W et al (2001) Regulation of pancreatic beta-cell growth and survival by the serine/threonine protein kinase Akt1/PKBalpha. Nat Med 7:1133–1137 Elghazi L, Weiss AJ, Barker DJ et al (2009) Regulation of pancreas plasticity and malignant transformation by Akt signaling. Gastroenterology 136:1091–1103 Ji H, Li D, Chen L et al (2006) The impact of human EGFR kinase domain mutations on lung tumorigenesis and in vivo sensitivity to EGFR-targeted therapies. Cancer Cell 9:485–495 Sordella R, Bell DW, Haber DA, Settleman J (2004) Gefitinib-sensitizing EGFR mutations in lung cancer activate anti-apoptotic pathways. Science 305:1163–1167 Oh YS, Shin S, Lee Y-J, Kim EH, Jun H-S (2011) Betacellulin-induced beta cell proliferation and regeneration is mediated by activation of ErbB-1 and ErbB-2 receptors. PLoS ONE 6:e23894 Yamamoto H, Uchigata Y, Okamoto H (1981) Streptozotocin and alloxan induce DNA strand breaks and poly(ADP-ribose) synthetase in pancreatic islets. Nature 294:284–286 Kantwerk-Funke G, Burkart V, Kolb H (1991) Low dose streptozotocin causes stimulation of the immune system and of anti-islet cytotoxicity in mice. Clin Exp Immunol 86:266–270 Cnop M, Welsh N, Jonas J-C, Jörns A, Lenzen S, Eizirik DL (2005) Mechanisms of pancreatic beta-cell death in type 1 and type 2 diabetes: many differences, few similarities. Diabetes 54(Suppl 2):S97–S107 Barthson J, Germano CM, Moore F et al (2011) Cytokines tumor necrosis factor-α and interferon-γ induce pancreatic β-cell apoptosis through STAT1-mediated Bim protein activation. J Biol Chem 286:39632–39643 Santin I, Moore F, Colli ML et al (2011) PTPN2, a candidate gene for type 1 diabetes, modulates pancreatic β-cell apoptosis via regulation of the BH3-only protein Bim. Diabetes 60:3279–3288 Nogueira TC, Paula FM, Villate O et al (2013) GLIS3, a susceptibility gene for type 1 and type 2 diabetes, modulates pancreatic beta cell apoptosis via regulation of a splice variant of the BH3-only protein Bim. PLoS Genet 9:e1003532 Ley R, Ewings KE, Hadfield K, Cook SJ (2005) Regulatory phosphorylation of Bim: sorting out the ERK from the JNK. Cell Death Differ 12:1008–1014 Qi X-J, Wildey GM, Howe PH (2006) Evidence that Ser87 of BimEL is phosphorylated by Akt and regulates BimEL apoptotic function. J Biol Chem 281:813–823 Dijkers PF, Medema RH, Lammers JW, Koenderman L, Coffer PJ (2000) Expression of the pro-apoptotic Bcl-2 family member Bim is regulated by the forkhead transcription factor FKHR-L1. Curr Biol 10:1201–1204 Gong Y, Somwar R, Politi K et al (2007) Induction of BIM is essential for apoptosis triggered by EGFR kinase inhibitors in mutant EGFR-dependent lung adenocarcinomas. PLoS Med 4:e294 Costa DB, Halmos B, Kumar A et al (2007) BIM mediates EGFR tyrosine kinase inhibitor-induced apoptosis in lung cancers with oncogenic EGFR mutations. PLoS Med 4:1669–1679