Dissecting the role of micro-RNAs in diabetes

Abstract: Popular Abstract in Swedish Diabetes, i alla dess olika former, är en allvarlig sjukdom. Typ 1 diabetes är av autoimmun härkomst, då kroppen eget immunförsvaret attackerar och förstör β-cellerna i bukspottkörteln. Dessa celler producerar insulin som hjälper kolhydraterna i maten vi äter att komma kroppens celler till godo. Sverige har världens näst högsta antal nya insjuknanden, bara Finland har fler. Varje år diagnosticeras ca 700 individer med Typ 1 diabetes i Sverige. Typ 2 diabetes är en annan form av diabetes, som börjar bli alltmer vanlig. Mycket talar för att typ 2 diabetes är en världsomspännande epidemi, och oerhörda resuser läggs ner på att finna orsakerna, både till typ 1 diabetes och typ 2 diabetes. Typ 2 diabetes kännetecknas av intakta β-celler som producerar insulin, men individer som insjuknar har ofta problem med insulin-okänslighet/resistens i andra vävnader i kroppen. Följden blir ett högt blodsocker som har konsekvenser för bland annat blodkärl i njurar, ögon och extremiter. Det finns alltså stora vinningar att göra för hälsan hos människor med typ 2 diabetes, och i slutändan för samhället i stort. Mikro-RNA-fältet är ett forskningsfält som fick sitt genombrott i sekelskiftet 1999-2000 genom publiceringen av en artikel av forskarna Craig Mellow och Andrew Fire 1998. De arbetade med en känd modell-organism, masken Caenorhabditis elegans, och visade på förekomsten av små bitar RNA i maskens celler. De förklarade också vilken roll dessa mikro-RNA (miRNA) kunde spela, och de fick Nobelpriset 2006 för sin revolutionerade upptäckt. MiRNA kan nämligen reglera hur mycket eller lite det produceras av vissa proteiner i våra celler. Fire och Mellow injicerade en blandning RNA i masken och observerade att masken inte längre kunde röra sig smidigt och lätt, utan med ryckiga rörelser. Något hade hänt! I RNA-blandningen fanns ett miRNA som hindrar att proteinet Unc-22 bildas, men det visste de inte då. Unc-22 är viktigt för muskelfunktionen, och det kunde man se med blotta ögat. De senaste tio åren har miRNA som forskningsfält exploderat, och man har visat att de är essentiella för utveckling både av celler och organ i nästan alla organismer. Numera har man hittat över 1000 olika miRNA. Varje celltyp har sin egen profil av miRNA, och detta är en del av cellens identitet. Sjukdomar såsom cancer och autoimmunitet har undersökts med miRNA i fokus, och i det pusslet som börjat läggas kan man nu skönja att miRNA spelar stor roll i många sjukdomar och till och med kan användas som biomarkörer för att diagnosticera bland annat olika typer av cancer-sjukdomar. Med denna avhandlingen är avsikten att förstå vilken roll miRNA spelar i β-cellernas funktion i bukspottkörteln, speciellt vid typ 1 och typ 2 diabetes. MiRNA har visat sig påverka varandra och cellernas gener och protein-produktion i ett mycket komplicerat nätverk. Det är ännu svårt att förstå vad som är orsak och verkan i detta nätverk. I delarbete I har vi experimentellt konstruerat möss som genetiskt saknar det viktiga enzymet Dicer i β-cellerna. Dicer är ett protein som behövs för att generera mogna, funktionella miRNA i alla celler. Eftersom dessa mössen saknar ett funktionellt Dicer specifikt i sina β-celler, har de heller nästan inga miRNA i dessa cellerna. Vi observerade att alla mössen blir diabetiska vid 25 veckors ålder. Osakerna är med all säkert många, men vi såg att det främst berodde på att β-cellerna inte längre kan producera insulin. Dessutom blev β-cellerna färre när mössen blev succesivt äldre, något som inte sker med de friska kontrollmössen som ju har en intakt Dicer1-gen och ett fungerande enzym i sina β-celler. Med detta arbete har vi visat att nätverket av miRNA är essentiellt för att β-cellerna ska kunna upprätthålla sin primära funktion; att producera och utsöndra insulin. I delarbete II arbetade vi med Goto-Kakizaki-råttan (GK), en välanvänd djurmodell som utvecklar typ 2 diabetes utan att vara överviktiga. Genom att profilera alla kända miRNA i deras pankreatiska öar och jämföra uttrycken med kontrolldjuret, Wistar-råttan, kunde vi se skillnader som kan vara orsaken till att GK-råttan utveklar typ 2 diabetes. Denna vetskap användes sedan när både GK och Wistar-öar inkuberade med glukos för att härma förhållanden i kroppen med olika nivåer av blodsocker. Det blev då tydligt att GK-öarna har problem att hålla vissa miRNA, däribland rno-miR-335, lika lågt uttryckta som i de friska Wistar-öarna. Det ter sig som om miRNA-uttrycken i GK-öarna inte balanseras korrekt. Dessutom visades det experimentellt att Syntaxin-binding protein 1 (Stxbp1) är nedreglerat av rno-miR-335. Stxbp1 är ett viktigt protein i β-cellens tillverkningsprocess av de granuler (blåsor) som innehåller insulin som ska frisättas av β-cellen. Denna upptäckt är logisk, då detta miRNA verkar vara uttryckt för högt i GK-öar och därmed kan hindra Stxbp1 att tillverkas i de mängder som behövs för adekvat insulin-frisättning i GK- råttorna. I delarbete III fokuserade vi på den så kallade NOD-musen. Denna mus-modellen utvecklar autoimmun typ 1 diabetes och används ofta i diabetes-forskning för att förstå mekanismer bakom autoimmunitet. NOD-musens T celler – och de utvecklande T cellerna, thymocyter – har en defekt förmåga att gå i programmerad celldöd (apoptos). Apoptos är en mycket viktig fysiologisk funktion. Ett exempel på hur viktigt det är med apoptos är att cellerna mellan våra fingrar och tår måste gå i apoptos när vi är foster, annars får vi inte fingrar och tår. Vår hypotes är att de thymocyter som borde gå i apoptos men som har svårt att göra det, kan ge upphov till NOD-musens autoimmuna typ 1 diabetes. För att thymocyterna ska gå i apoptos behöver de proteinet p53, vilket vi kan visa inte är korrekt uppreglerat i NOD-thymocyter. MiRNA-familjen miR-34a/b/c är kopplade till p53, och vi har demonstrerat att dessa tre miRNA också är defekt uppreglerade i NOD-musen. Dessutom har miR-34a/b/c sina gener i så kallade diabetes risk loci, Idd 9.3 och Idd2, i musens genom. Vi har sekvenserat miR-34a i de friska mus-stammarna B6, BALB-c,och NMRI och jämfört med NOD-musens miR-34a-gensekvens, och sett att NOD-musen har en mutation i sin miR-34a-gen. Denna mutationen kan ge upphov till defekt uppreglering av miR-34a, eller ett miR-34a som inte fungerar som det ska i NOD-musen. Detta behöver vi undersöka vidresultat hoppas vi öka insikterna för hur typ 1 diabetes kan uppkomma. I delarbete IV visar vi att det även i människans β-celler är vissa miRNA som det är speciellt viktiga att ha i balans. Följden eller orsaken till obalans i dessa mikro-RNA, vi vet inte vilket ännu, är glukosintolerans som kan utvecklas till typ 2 diabetes. Vi har kunnat bekräfta tidigare vetenskapliga publikationer som visar att miR-375 är ett viktigt miRNA i människans β-celler. Vidare har vi visat att miR-375 påverkas negativt av högt blodsocker under en så kort period som 3 månader. Dessutom, har vi utrönt att specifikt miR-122, miR-127-3p och miR-184 följer samma mönster som miR-375 i människor med glukosintolerans. Dessa fyra miRNA kan ha förmågan att hindra uppkomsten av protein som inte hör hemma i β-celler. Om de är felaktigt reglerade i β-cellerna kan proteiner uttryckas som skadar β-cellernas identitet och funktion. Dessa nya data öppnar för möjligheten att vi bättre kan förstå hur typ 2 diabetes i människan förebyggs och behandlas.