ß-cell reserve in insulin resistant pregnant mice
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2013-12-17
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Resumo
Um número elevado de artigos científicos sugere uma correlação directa entre obesidade e diabetes. Curiosamente, a maioria dos indivíduos obesos não desenvolve diabetes de uma forma notória, sugerindo que os indivíduos conseguem compensar o ambiente de insulino-resistência. Uma vez que a gravidez é, ela própria, um estímulo abrupto ao aumento da massa celular das células β, foi nosso objectivo identificar os mecanismos envolvidos nesse estímulo, assim como clarificar se os estímulos que caracterizam o aumento do número de células β na gravidez são os mesmos responsáveis pelo mesmo fenótipo em estados de insulino-resistência. Neste estudo, utilizaram-se murganhos fêmea controlo (Lox +/+ Cre -/-) e “knockout” para o receptor de insulina dos hepatócitos (“liver-specific insulin knockout” – LIRKO) não gestantes e gestantes nos dias gestacionais 15,5 (G15.5) e 17,5 (G17,5) e nos dias postpartum 0 (P0) e 4 (P4), (n = 3-6). Os níveis de glucose medidos foram mais altos em LIRKOs em G0 (p<0,001), G17,5 (p<0,01) e P0 (p<0,05). Por sua vez, os níveis plasmáticos de insulina foram mais elevados nos animais LIRKO em todos os dias gestacionais estudados (p<0,001). Analisou-se a proliferação celular das células β e calculou-se a sua massa. Para avaliar a proliferação celular, secções pancreáticas foram processadas para imumocitoquímica, usando anticorpos anti-Ki67 (Ki67+) e para insulina. Verificou-se que o número de células β Ki67+ alcançou um pico em G15,5 em ambos os grupos controlo e LIRKO. Em LIRKOs, de G0 a G15,5 ocorreu um aumento na proliferação celular de 2,9 vezes, em contraste com um aumento de 1,6 vezes no grupo controlo. Em LIRKOs, a taxa de proliferação diminuiu em G17,5 para 1,4 vezes em contraste com 0,9 vezes nos controlos. A proliferação diminuiu significativamente “postpartum” para níveis controlo. A expansão da massa celular das células β foi diferente entre grupos, os LIRKOs atingiram um pico em P0 de 2,16 % (p<0,001), em contraste com o grupo controlo com um pico de 0,78 % em G17,5 (p<0,001). Os animais controlo e os LIRKO apresentaram níveis similares de insulina após estimulação com glucose (“glucose-stimulated insulin secretion” – GSIS) com uma tendência para níveis mais elevados no modelo “knockout” em condições basais (3,3 mM glucose). O aumento da concentração de glucose para 16,7 mM, promoveu um acréscimo na secreção de insulina em relação às condições basais, em ambos os grupos em estudo (p<0,01). Os nossos resultados indicam que as fêmeas LIRKO são capazes de responder às necessidades metabólicas da gravidez aumentando a massa celular das células β assim como a sua capacidade funcional. Os nossos resultados levam também a concluir a existência de uma reserva celular em células β mesmo em modelos que exibem um fenótipo de insulino-resistência.
An overwhelming number of scientific reports suggest a direct correlation between obesity and diabetes. Interestingly, most obese individuals do not develop the overt form of the disease suggesting that the organism is able to compensate for the insulin resistance ambient. These findings raise the urgent importance of understanding the processes, and indentifying the mechanisms that regulate the ability of β-cells to enhance their mass and/or function. Since pregnancy is a robust physiological stimulus for β-cell mass expansion, we aimed to identify the mechanism(s) underlying the pathways that mediate this stimulus and to clarify whether the mechanisms of β-cell expansion during pregnancy are independent of those that occur in response to pathological insulin resistant states. We used pregnant and non-pregnant, liver-specific insulin receptor knockout (LIRKO) mice, and control mice (Lox +/+; Cre -/-) at gestational days 15.5 (G15.5), 17.5 (G17.5) and postpartum days 0 (P0) and 4 (P4) (n=3-6). The random-fed (or fasting) blood glucose levels were higher in LIRKOs at G0 (p<0.001), G17.7 (p<0.01), and P0 (p<0.05) whereas plasma insulin levels were elevated in all gestational days (p<0.001). To assess β-cell proliferation we immunostained pancreases for Ki67 and insulin and scored Ki67+ β-cells. Ki67+ β-cells reached a peak at G15.5 in both controls and LIRKO animals (p<0.01) and were higher in LIRKO animals. From G0 to G15.5 we observed a 2.9 fold-change in the number of Ki67+β-cells LIRKOs, in contrast to a 1.6 fold-change in controls. This rate decreased at G17.5 to 1.4 fold-change in LIRKOs versus 0.9 fold-change in controls. The proliferation reduced to control levels post-partum. The β-cell mass expansion was different between groups, with LIRKOs reaching a peak of 2.16% at P0 (p<0.001) versus a peak of 0.78% at G17.5 (p<0.001) in controls. At G0 and G15.5 control and LIRKO animals showed similar insulin levels after glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) with a tendency to be higher in LIRKOs at baseline levels (3.3 mM glucose). Increasing glucose concentrations to 16.7 mM promoted stimulation of insulin secretion in both controls (p<0.01) and LIRKOs (p<0.01). Our data suggest that LIRKO mothers are able to increase their β-cell mass and function according to the physiological needs of pregnancy. Our results also indicate that there is a reserve of β-cells even in models that exhibit an insulin-resistance phenotype.
An overwhelming number of scientific reports suggest a direct correlation between obesity and diabetes. Interestingly, most obese individuals do not develop the overt form of the disease suggesting that the organism is able to compensate for the insulin resistance ambient. These findings raise the urgent importance of understanding the processes, and indentifying the mechanisms that regulate the ability of β-cells to enhance their mass and/or function. Since pregnancy is a robust physiological stimulus for β-cell mass expansion, we aimed to identify the mechanism(s) underlying the pathways that mediate this stimulus and to clarify whether the mechanisms of β-cell expansion during pregnancy are independent of those that occur in response to pathological insulin resistant states. We used pregnant and non-pregnant, liver-specific insulin receptor knockout (LIRKO) mice, and control mice (Lox +/+; Cre -/-) at gestational days 15.5 (G15.5), 17.5 (G17.5) and postpartum days 0 (P0) and 4 (P4) (n=3-6). The random-fed (or fasting) blood glucose levels were higher in LIRKOs at G0 (p<0.001), G17.7 (p<0.01), and P0 (p<0.05) whereas plasma insulin levels were elevated in all gestational days (p<0.001). To assess β-cell proliferation we immunostained pancreases for Ki67 and insulin and scored Ki67+ β-cells. Ki67+ β-cells reached a peak at G15.5 in both controls and LIRKO animals (p<0.01) and were higher in LIRKO animals. From G0 to G15.5 we observed a 2.9 fold-change in the number of Ki67+β-cells LIRKOs, in contrast to a 1.6 fold-change in controls. This rate decreased at G17.5 to 1.4 fold-change in LIRKOs versus 0.9 fold-change in controls. The proliferation reduced to control levels post-partum. The β-cell mass expansion was different between groups, with LIRKOs reaching a peak of 2.16% at P0 (p<0.001) versus a peak of 0.78% at G17.5 (p<0.001) in controls. At G0 and G15.5 control and LIRKO animals showed similar insulin levels after glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) with a tendency to be higher in LIRKOs at baseline levels (3.3 mM glucose). Increasing glucose concentrations to 16.7 mM promoted stimulation of insulin secretion in both controls (p<0.01) and LIRKOs (p<0.01). Our data suggest that LIRKO mothers are able to increase their β-cell mass and function according to the physiological needs of pregnancy. Our results also indicate that there is a reserve of β-cells even in models that exhibit an insulin-resistance phenotype.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Biologia Clínica Laboratorial
Palavras-chave
Diabetes gestacional , Gravidez , Insulino-resistência , Expansão células B