Islet cell dynamics and metabolites variations throughout the spectrum of β-cells deficit

Diplôme Master Islet cell dynamics and metabolites variations throughout the spectrum of β-cells deficit eng 2023-07 2023-08 author Kintzinger Mélanie Mugette Rolande 970014 director Herrera Pedro Luis 0000-0003-0771-9504 23981 Département de médecine génétique et développement (GEDEV) director Rodriguez Ivan 28183 Département de génétique et évolution (Genev) (BIANI) director Oropeza Daniel 843602 Département de médecine génétique et développement (GEDEV) 52 La principale caractéristique du diabète de type 1 est la destruction auto-immune des cellules β productrices d'insuline dans les îlots de Langerhans. Ce processus de destruction est progressif et peut prendre des mois, voire des années, pour aboutir finalement à une déficience sévère en insuline et à un diabète. Cependant, nous ignorons la quantité de cellules β perdus au cours des différentes phases présymptomatiques ainsi que les marqueurs de cette destruction. La carence marquée en insuline entraîne une hyperglycémie chronique et augmente le risque de complications graves. En outre, les autres types de cellules endocrines (cellules α-, δ- et γ-) sont également affectés par la perte des cellules β et présentent une alteration de leur sécrétion hormonale contribuant à la physiopathologie du diabète et entravant la gestion de la glycémie. Par exemple, on observe une augmentation de la sécrétion de glucagon chez les diabétiques de type 1 tandis que les cellules δ ont tendance à sécréter plus de somatostatine en cas d'hypoglycémie. Les principaux objectifs du projet sont de comprendre le lien entre la quantité de cellules β et l'altération de l'homéostasie du glucose, ainsi que de caractériser les impacts sur les cellules δ. Pour comprendre comment la perte progressive des cellules β affecte la glycémie et la morphologie des cellules δ, nous utilisons un modèle de souris transgénique (RIP-DTR) qui nous permet de détruire spécifiquement les cellules β en injectant une dose précise de toxine diphtérique. Grâce à ce modèle, nous pouvons reproduire artificiellement les différentes étapes menant au diabète de type 1. Cela nous permet d'évaluer la dynamique des marqueurs métaboliques du diabète déjà utilisés en milieu clinique (proinsuline et corps cétoniques) ainsi que la fonction des cellules δ (en évaluant la concentration en somatostatine) au cours des différentes étapes de la perte des cellules β. Les adaptations des cellules δ à la perte des cellules β sont évaluées par immunofluorescence. Nous avons observé qu'une perte de plus de 80% des cellules β est nécessaire pour que les premiers symptômes associés à l'hyperglycémie apparaissent (perte de poids, glycémie supérieure à 12mM). A ce stade, la concentration sanguine de métabolites (proinsuline, corps cétoniques) est modifiée. De plus, alors que la sécrétion de somatostatine ne semble pas être altérée en condition d'hyperglycémie, les cellules δ ont tendance à proliférer davantage, ce qui conduit à une augmentation du nombre de cellules δ par îlot. Elles présentent également une augmentation de taille ou une hypertrophie par rapport aux cellules δ des souris non diabétiques. La dynamique des changements cellulaires au sein des îlots pancréatiques suggère qu'il y a une réorganisation de la structure et de la communication entre les cellules endocrines, soit pour compenser la perte des cellules productrices d'insuline, soit en réponse à cette perte. Ces modifications du comportement des cellules δ n'ont pas d'impact sur la sécrétion de somatostatine à un niveau de glucose élevé. En analysant cette dynamique, et avec l'aide de méthodes complémentaires telles que l'imagerie, nous pouvons imaginer des moyens efficaces de suivre la quantité et la fonction des cellules β pour permettre une détection précoce des patie The main feature of type 1 diabetes (T1D) is the autoimmune destruction of the insulin-producing β-cells in the islets of Langerhans. This process of destruction is progressive, following different stages and can take months or even years, eventually leading to severe insulin deficiency and overt diabetes. However, there is a gap of knowledge regarding the number of β-cells that needs to be lost to progress through the different diabetes stages as well as markers that follow this destruction. In the latest stages, the marked insulin deficiency leads to chronic hyperglycaemia, as well as increasing the risk of severe complications. In addition, the other islet cell types (α-, δ- and γ-cells) are also impacted by the loss of β-cells and present dysregulated hormone secretion, contributing to the physiopathology of diabetes, and hampering glycaemic management. TD1 patients α cells secrete more glucagon and δ-cells tend to secrete more somatostatin under hypoglycaemic condition. The main objectives of the project are to understand the link between β cell mass and glucose homeostasis impairment as well as characterise the impacts on δ cells. To understand how the gradual loss of β-cells affects glycemia and δ-cells morphology, we are using a transgenic mouse model (RIP-DTR) that enables us to specifically ablate β-cells by injecting a precise dose of diphtheria toxin. Using this model, we can artificially mimic the different stages leading to type 1 diabetes. This will allow us to assess the dynamics of metabolic markers of diabetes loss already used in clinic (proinsulin and ketone bodies) as well as δ-cell function (by assessing plasmatic somatostatin) during the different β-cell loss stages. The adaptations of δ-cells to the loss of β-cell were also assessed by immunofluorescence. We have observed that a loss of more than 80% of β cells is necessary for the first symptoms associated with hyperglycaemia to appear (weight loss, blood glucose levels above 12mM). At this stage, the blood concentration of many metabolites (proinsulin, ketone bodies) is altered. Moreover, while the secretion of somatostatin does not appear to be altered in hyperglycemia condition, we found several cellular adaptations of this cell type upon β-cell loss. Specifically, we found an increase in δ cells proliferation, which lead to an increased δ-cell number per islet. They also present an increase in size or hypertrophy compared to δ-cells of non-diabetic mice. The dynamics of cellular changes within the pancreatic islets suggest that there is reorganisation of structure and communication between endocrine cells, either to compensate for or in response to the loss of insulin-producing cells. These modifications of δ cell behaviours don’t impact somatostatin secretion at high glucose level. By analysing these dynamics, and with the help of complementary methods such as imaging, we can devise effective ways of monitoring the quantity and function of β-cells to enable early detection of patients at risk of developing type 1 diabetes. By understanding precisely, the adaptative responses of δ cells to β cell loss, we could modulate this response to improve hormonal control and islet functions. Dewey 590 Dewey 576.5 135 Département de médecine génétique et développement 21D 44 Département de génétique et évolution 162 false 272 Types cellulaires pancréatiques pendant l'ontogénèse 522 8e00c1ba-3c65-4cf0-bbf0-9ba287ac1fa6 Master thesis Restricted master thesis to print.pdf 2384365 application/pdf c545bc2cc5af4120c2630a09035b72f69877e8dbbfa05f8e9d99791028247bad restrictedAccess Faculté de médecine / Section de médecine fondamentale / Département de médecine génétique et développement Faculté des sciences / Section de biologie / Département de génétique et évolution

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Islet cell dynamics and metabolites variations throughout the spectrum of β-cells deficit				2023	79	2

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Kintzinger, Mélanie Mugette Rolande

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