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EASD/12

Pancreas: un frammento di RNA
lo protegge dall'autodistruzione

Da questa scoperta potrebbe derivare nuove strategie terapeutiche per prevenire il diabete di tipo 1 aiutandoci a comprendere nuovi meccanismi sui quali, in futuro, si potrà intervenire farmacologicamente

9 Ottobre 2018

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Pancreas: un frammento di RNA lo protegge dall'autodistruzione

Il diabete di tipo 1 è una malattia autoimmune nella quale le difese immunitarie dell’organismo (in particolare i linfociti) danneggiano, ritenendole ‘nemiche’, le cellule beta del pancreas, responsabili della produzione di insulina. Ricercatori di tutto il mondo stanno dunque elaborando strategie per proteggere queste preziose cellule dalla distruzione autoimmune, mediata dall’infiammazione; in sostanza, le isole pancreatiche diventano una sorta di campo di battaglia tra cellule del sistema immunitario che attaccano e cellule beta che si difendono. Uno studio dell’università di Siena ha scoperto che le cellule beta potrebbero essere in grado di difendersi regolando i livelli di un piccolo frammento di RNA; sfruttando questa conoscenza, i ricercatori sperano di mettere a punto nuove strategie per proteggere queste cellule. La chiave di tutto sarebbe appunto un minuscolo frammento di RNA (un cosiddetto microRNA o miR), il miR-183-5p, i cui livelli determinano la capacità delle cellule beta di resistere all’attacco che le cellule del sistema immunitario portano utilizzando in particolare delle citochine (le molecole dell’infiammazione).

“Il dialogo tra sistema immunitario ed isole pancreatiche – commenta il professor Francesco Dotta, ordinario di Endocrinologia, Università di Siena - risulta sempre più complesso. E’ ormai evidente che le cellule beta non assistono passivamente alla propria distruzione da parte delle cellule infiammatorie, mettendo in atto una serie di meccanismi di difesa. In questo studio abbiamo identificato uno di questi: riducendo i livelli di un microRNA, il miR-183, le cellule beta diventano resistenti al danno indotto dalle citochine, dedifferenziando, ovvero assumendo un aspetto di cellule ‘immature’, meno riconoscibili dal sistema immunitario". “In questo studio – spiega la dottoressa Francesca Mancarella, una dei giovani ricercatori italiani presenti all’Easd grazie ad un travel grant della Società Italiana di Diabetologia SID - abbiamo identificato un nuovo meccanismo attraverso il quale le isole pancreatiche si difendono dal danno infiammatorio, dedifferenziando e diventando resistenti all’apoptosi indotta da citochine. Tale meccanismo consiste nella ridotta espressione di un microRNA, il miR-183-5p, che regola alcuni geni chiave nel differenziamento beta-cellulare».

Background dello studio. I microRNA (miRNA) sono una classe di RNA lunghi appena19-22nucleotidi, che non codificano proteine, ma in grado di regolare negativamente l’espressione dei geni (cioè di ‘spegnerli, di silenziarli’). Diversi studi hanno dimostrato che queste molecole sono in grado di svolgere un ruolo chiave nella regolazione di alcuni meccanismi fisiologici e patologici della cellula, come ciclo cellulare, differenziamento e apoptosi (morte cellulare programmata), così come nello sviluppo del pancreas endocrino e in diverse funzioni delle cellule beta (quelle che producono insulina). Un’alterata espressione dei miRNA potrebbe pertanto contribuire allo sviluppo di patologie come il diabete di tipo 1.

Obiettivo dello studio. Caratterizzare l’espressione dei miRNA in isole pancreatiche di topi ‘NOD’ (modello animale di diabete autoimmune), allo scopo di comprendere i meccanismi di risposta allo stress infiammatorio indotto dalla risposta autoimmunitaria, in cui essi potrebbero essere potenzialmente coinvolti.

Metodologia di ricerca. Lo studio è stato condotto in collaborazione con il Laboratorio di Medicina Sperimentale dell’Università di Lovanio (Belgio), il quale si è occupato di fornire i campioni di pancreas di topo sui quali è stata svolta l’analisi. Il profilo di espressione di 384 miRNA è stato analizzato tramite l’utilizzo di Taqman Array Microfluidic Card in isole pancreatiche microdissezionate (procedura LCM) di topi diabetici e non diabetici, ed analizzate separatamente in base alla severità dell’infiammazione delle insule pancreatiche (insulite). Per ottenere informazioni sulla funzione dei miRNA differenzialmente espressi, è stata utilizzata la linea β cellulare murina MIN6, in cui le cellule sono state trattate con l’inibitore del miRNA d’interesse per 48 ore e con una miscela di citochine infiammatorie (IFNγ, IL-1β e TNFα) per 24 ore, allo scopo di valutare l’apoptosi e l’espressione dei geni di interesse.

Risultati. Dall’analisi del profilo di espressione dei miRNA è stata riscontrata una significativa riduzione dei livelli del miR-183-5p nelle isole pancreatiche di topi diabetici rispetto ai non diabetici. I livelli del miR-183-5p sono risultati maggiormente ridotti nelle isole con un elevato livello di infiammazione, a indicare che la riduzione del miRNA potrebbe essere correlata con la severità dell’insulite. Inoltre, le medesime isole con livelli ridotti di miR-183-5p presentavano anche un sorprendente aumento dei livelli del marker di de-differenziamento β cellulare aldeide deidrogenasi (Aldh3a1), così come una riduzione dei livelli del marker di differenziamento Foxo. Inoltre, dall’analisi funzionale effettuata sulla linea β cellulare murina MIN6, è stato riscontrato che l’inibizione del miR-183-5p è potenzialmente in grado di proteggere le β cellule da apoptosi citochino-indotta, in un meccanismo che potrebbe essere mediato dal fattore di trascrizione Bach, il quale ha la funzione di regolare negativamente i processi apoptotici cellulari e che è considerato un gene bersaglio predetto del miR-183-5p. Infatti, dall’analisi funzionale effettuata sulle MIN6, è stato riscontrato un significativo aumento dell’espressione Bach nelle cellule trattate con l’inibitore del miR-183-5p rispetto al controllo. L’analisi dei geni target del miRNA ha rilevato inoltre un altro fattore di trascrizione (‘Quaking’) coinvolto in meccanismi di dedifferenziamento, a supporto dell’ipotesi che le β cellule potrebbero andare incontro a un fenomeno di perdita del fenotipo, attivando un meccanismo di protezione dall’infiammazione autoimmune.

Cosa si sapeva prima di questo studio, cosa ha aggiunto alle conoscenze del settore e quali sono le ricadute pratiche nell’ambito della diagnosi e della terapia? Studi precedenti hanno evidenziato come i microRNA rappresentano importanti modulatori della funzione delle isole pancreatiche e delle beta-cellule, sia in stato fisiologico che patologico. Tuttavia, i meccanismi molecolari in cui sono coinvolti, soprattutto nel diabete di tipo 1, sono ancora poco chiari. Questo studio ha messo in luce un nuovo meccanismo di protezione adottato dalle beta-cellule nel diabete di tipo 1 e mediato da un microRNA, miR-183-5p, la cui espressione è ridotta nelle isole pancreatiche derivanti da topi con diabete autoimmune. Lo studio dei bersagli molecolari del microRNA miR-183-5p ha permesso di ipotizzare come tale molecola possa essere coinvolta in fenomeni di perdita di identità delle β-cellule (dedifferenziamento β cellulare) e, parallelamente, in meccanismi di protezione dall’attacco del sistema immunitario. Pertanto, tale microRNA potrebbe rappresentare un potenziale modulatore di questo fenomeno, risultando quindi importante per comprendere nuovi meccanismi sui quali, in futuro, si potrà intervenire farmacologicamente.

Islet microRNA miR-183-5p is a regulator of beta cell apoptosis and dedifferentiation in NOD mouse pancreatic islets

Autori: F. Mancarella1, G. Ventriglia1, L. Nigi1, G.E. Grieco1, N. Brusco1, C. Gysemans2, D. Cook2, C. Mathieu2, G. Sebastiani1, F. Dotta1;

1Diabetes Unit Department of Medical Science, Surgery and Neuroscience, University of Siena, Italy; Umberto Di Mario Foundation ONLUS, Toscana Life Sciences, Siena, Italy, 2Laboratory of Experimental Medicine, University of Leuven, Leuven, Belgium

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