Nowe spojrzenie na cukrzycę typu 2: Jak mitochondria wpływają na produkcję insuliny

Mitochondria są niezbędne do produkcji energii, która zasila komórki i umożliwia ich prawidłowe funkcjonowanie.

Jednak defekty mitochondrialne są związane z rozwojem chorób, takich jak cukrzyca typu 2. Pacjenci cierpiący na tę chorobę nie są w stanie wytwarzać wystarczającej ilości insuliny lub efektywnie wykorzystywać insulinę produkowaną przez trzustkę, co prowadzi do niekontrolowanego poziomu glukozy we krwi.

Wielokrotne badania wykazały, że komórki β trzustki, odpowiedzialne za produkcję insuliny, u pacjentów z cukrzycą wykazują nieprawidłowości w funkcjonowaniu mitochondriów i nie są w stanie wytwarzać odpowiedniej ilości energii. Jednak dotychczasowe badania nie wyjaśniały, dlaczego komórki te zachowują się w ten sposób.

W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science naukowcy z Uniwersytetu Michigan wykorzystali modele mysie, aby wykazać, że dysfunkcyjne mitochondria uruchamiają reakcję wpływającą na dojrzewanie i funkcję komórek β.

– Chcieliśmy określić, które szlaki metaboliczne są kluczowe dla utrzymania prawidłowej funkcji mitochondriów – powiedziała Emily M. Walker, Ph.D., adiunkt w dziale medycyny wewnętrznej i pierwsza autorka badania.

Aby to sprawdzić, zespół uszkodził trzy kluczowe elementy odpowiedzialne za funkcjonowanie mitochondriów: ich DNA, szlak odpowiedzialny za eliminację uszkodzonych mitochondriów oraz mechanizm utrzymujący zdrową populację tych organelli w komórce.

– We wszystkich trzech przypadkach uruchomiona została ta sama reakcja stresowa, która sprawiła, że komórki β stały się niedojrzałe, przestały produkować wystarczającą ilość insuliny i zasadniczo przestały pełnić swoją funkcję – wyjaśniła Walker.

– Nasze wyniki pokazują, że mitochondria mogą wysyłać sygnały do jądra komórkowego i zmieniać los komórki.

Naukowcy potwierdzili również swoje odkrycia w komórkach wysp trzustkowych człowieka.

Dysfunkcja mitochondriów wpływa na różne typy komórek

Uzyskane wyniki skłoniły zespół do rozszerzenia badań na inne typy komórek, które mogą być dotknięte cukrzycą.

• Utrata komórek β jest najprostszą drogą do rozwoju cukrzycy typu 2. Dzięki naszemu badaniu mamy teraz wyjaśnienie, co może się dziać i jak możemy interweniować, aby naprawić pierwotną przyczynę choroby – powiedział Scott A. Soleimanpour, M.D., dyrektor Michigan Diabetes Research Center i starszy autor badania.

Cukrzyca to choroba obejmująca wiele układów organizmu – powoduje przyrost masy ciała, nadmierną produkcję glukozy przez wątrobę i wpływa na mięśnie. Z tego powodu badacze postanowili zbadać także inne tkanki.

Eksperymenty przeprowadzone na komórkach wątroby oraz komórkach tłuszczowych wykazały, że aktywuje się w nich ta sama reakcja stresowa. Oba typy komórek nie były w stanie prawidłowo dojrzewać i pełnić swoich funkcji.

• Chociaż nie przetestowaliśmy wszystkich możliwych typów komórek, uważamy, że nasze wyniki mogą mieć zastosowanie do wielu różnych tkanek dotkniętych cukrzycą – podkreślił Soleimanpour.

Odwrócenie uszkodzeń mitochondrialnych może pomóc w leczeniu cukrzycy

Niezależnie od rodzaju komórek badacze odkryli, że uszkodzenie mitochondriów nie prowadzi do ich śmierci.

To spostrzeżenie skłoniło ich do postawienia hipotezy, że jeśli udałoby się odwrócić uszkodzenia mitochondrialne, komórki mogłyby odzyskać swoją funkcję.

Aby to sprawdzić, naukowcy zastosowali lek ISRIB, który blokuje reakcję stresową. Po czterech tygodniach leczenia komórki β odzyskały zdolność do kontrolowania poziomu glukozy u myszy.

– Utrata komórek β to najprostsza droga do rozwoju cukrzycy typu 2. Dzięki naszemu badaniu mamy teraz wyjaśnienie, co może się dziać i jak możemy interweniować, aby naprawić pierwotną przyczynę choroby – podsumował Soleimanpour.

Zespół badawczy planuje dalsze badania nad szlakami komórkowymi, które ulegają zaburzeniu. Naukowcy mają nadzieję, że uda im się powtórzyć uzyskane wyniki w próbkach komórek pochodzących od pacjentów z cukrzycą.

Źródło: Science