Studija genetskih varijacija koje leže u osnovi razlika u lučenju insulina kod miševa identifikovala je niz gena kandidata koji mogu pokretati razvoj stanja kao što je dijabetes tipa 2.
Studija, objavljena danas kao eLife Revieved Preprint, nudi ono što urednici opisuju kao osnovni resurs koji detaljno opisuje varijacije u oscilacijama jona kalcijuma u ćelijama ostrvaca koje čine deo endokrinog pankreasa, naime beta ćelije, koje zauzvrat luče insulin. Urednici opisuju snagu dokaza kao ubedljive, uz snažnu podršku rezultata studija asocijacija na ljudski genom (GVAS).
Ovi podaci su takođe korišćeni za izradu modernizovanog veb interfejsa prilagođenog korisniku koji je javno dostupan, omogućavajući dalje proučavanje potencijalnih gena od interesa za funkciju ćelija ostrvaca.
Dijabetes tipa 2 nastaje kada beta ćelije pankreasa ne luče dovoljno insulina da bi zadovoljile metaboličke potrebe tela. Insulinska rezistencija, obično izazvana gojaznošću, povećava potražnju za insulinom. Pod ovim uslovima, genetske varijacije u kapacitetu za sekreciju insulina mogu stvoriti usko grlo koje vodi do nedovoljnog insulina. Iz tog razloga, većina mutacija odgovornih za podložnost dijabetesu tipa 2 utiče na gene uključene u funkciju beta ćelija.
Oslobađanje insulina iz beta ćelija je izazvano prilivom jona kalcijuma u beta ćelije. Beta ćelije pankreasa su senzori hranljivih materija – kao odgovor na hranljive stimuluse, kao što je glukoza, beta ćelije pokreću lanac događaja koji dovode do priliva jona kalcijuma koji pokreće oslobađanje insulina. Da bi okarakterisali genetske faktore koji leže u osnovi nepravilnog lučenja insulina, tim je ispitao dinamiku jona kalcijuma u osam genetski različitih sojeva miša – osnivača sojeva miša iz Collaborative Cross panela i Diversiti Outbred stoke.
„Korišćenje genetski raznovrsnih miševa nam omogućava da bliže oponašamo ljudsku populaciju i identifikujemo genetske pokretače bolesti“, kaže suradnik autor Loren Klark, postdiplomac na Odseku za biohemiju Univerziteta Viskonsin-Medison, Viskonsin, SAD. Klark je bio ko-vodeći autor studije zajedno sa Kristoferom Emfingerom, postdoktorskim saradnikom na Odeljenju za biohemiju Univerziteta Viskonsin-Medison.
Clark, Emfinger i kolege su odabrali različite stimulativne uslove kako bi im omogućili da procene dinamiku jona kalcijuma kao odgovor na različite hranljive stimuluse u osam sojeva miševa osnivača.
Tim je koristio analitičku tehniku nazvanu nenadgledano grupisanje da bi istakao grupe proteina koji su pokazali snažnu pozitivnu ili negativnu korelaciju sa određenim odgovorom jona kalcijuma. Ukupno su procenili 4054 proteina i otkrili da je 363 u snažnoj korelaciji sa višestrukim procesima koji utiču na dinamiku jona kalcijuma, a time i na lučenje insulina. Značajno je da je ranije pokazano da određeni broj ovih proteina funkcioniše u ćelijama ostrvaca pankreasa, uključujući PCSK1, SUR1 i GLUT2.
Međutim, ovaj nalaz je samo obezbedio korelaciju između obilja proteina ostrvaca i obrazaca oscilacija kalcijuma – tim nije mogao sa sigurnošću da kaže da li je određeni protein izazvao promene ili je bio posledica promena. Da bi razdvojio uzrok od posledice i utvrdio relevantnost za ljude, tim je pogledao ekvivalentne ljudske gene (ortologe) koji kodiraju identifikovane proteine.
Pokušali su da utvrde da li su ovi ortologni geni imali ulogu u osetljivosti na dijabetes. Koristeći ljudski GVAS, otkrili su da mnogi od ovih gena imaju obližnje polimorfizme pojedinačnih nukleotida (SNP) povezane sa glukozom u krvi i insulinom. Iako nije definitivno, filtriranje proteina kandidata za asocijacije ćelija ostrvaca u humanom GVAS-u sugeriše verovatnu uzročnu ulogu u posredovanju dinamike jona kalcijuma i sekrecije insulina.
Ukupno, integrisanjem ljudskih GVAS podataka sa kandidatskim proteinima identifikovano je oko 650 gena sa glikemijskim SNP-ovima i korelacija sa najmanje jednim parametrom oscilacije kalcijuma, od kojih se ranije pokazalo da oko jedne trećine ima ulogu u funkciji ostrva. Ovo uključuje dobro utvrđene pokretače sekrecije insulina; SUR1, GLUT2 i GNAS.
Pored identifikacije proteina kandidata sa regulatornom ulogom u dinamici jona kalcijuma i sekreciji insulina, autori su kreirali veb interfejs prilagođen korisniku kako bi omogućili istraživačima da bolje identifikuju proteine uključene u funkciju beta ćelija. „Naši nalazi će se proširiti i dalje od sojeva miševa koje smo ovde proučavali. Naš resurs će omogućiti drugim laboratorijama da istraže nove uloge u ostrvcima za svoje proteine od interesa“, kaže Kris Emfinger.
Studija će biti uključena u predstojeće specijalno izdanje eLife-a o sistemskoj genetici.
