Молекулярна
Ліки
Звіти

  • Журнал Головна
  • Поточне питання
  • Майбутній випуск
  • Найчитаніші
  • Найчастіше цитовані (розміри)
    • Останні два роки
    • Разом
  • Найчастіше цитовані (CrossRef)
    • Минулий рік 0
    • Разом

  • Соц.медіа
    • Минулий місяць
    • Минулий рік
    • Разом
  • Архів
  • Інформація
  • Онлайн подання
  • Інформація для авторів
  • Редагування мови
  • Інформація для рецензентів
  • Редакційна політика
  • Редакційна колегія
  • Цілі та сфера застосування
  • Абстрагування та індексування
  • Бібліографічна інформація
  • Інформація для бібліотекарів
  • Інформація для рекламодавців
  • Передруки та дозволи
  • Зверніться до редактора
  • Загальна інформація
  • Про Спандідос
  • Конференції
  • Вакансії
  • Зв'язок
  • Правила та умови
  • Автори:
    • Сяоцин І
    • Сюань Цай
    • Сісі Ван
    • Янфен Сяо

  • Ця стаття згадується в:

    Анотація

    Вступ

    Механізми, що лежать в основі високої поширеності цукрового діабету 2 типу (T2DM) серед осіб із ожирінням, залишаються незрозумілими (1). В даний час інсулінорезистентність та дисфункція β-клітин острівців розглядаються як два ключові патогенні механізми прогресування ожиріння до діабету (2). Коли різні фактори призводять до інсулінорезистентності у пацієнтів із ожирінням, β-клітини компенсують за рахунок збільшення секреції інсуліну, щоб підтримувати нормальний рівень глюкози в крові та толерантність до глюкози; однак, коли кількість інсуліну, що виробляється β-клітинами, недостатньо для компенсації зниженої чутливості тканин до інсуліну, гомеостаз глюкози порушується, що призводить до порушення толерантності до глюкози і, зрештою, діабету (3).

    β-клітин

    Після розвитку ERs накопичення великої кількості білків у просвіті ER індукує сигнальний шлях розгорнутої реакції білка (UPR) (10). Індукований ЕР UPR може вибірково активувати три шляхи передачі сигналу в клітинах; ряд досліджень показав, що активація РНК-подібної білок-кінази РНК-подібної ER-кінази (PERK) та необхідних для інозитолу ферментів 1α (IRE1α) сигнальних шляхів відіграє важливу роль у патогенетичних механізмах, що лежать в основі дисфункції β-клітин (4,11). Однак мало що відомо про вплив активуючого фактора транскрипції 6 (ATF6) на функції β-клітин. Було продемонстровано, що фактори, що індукують ER, такі як гіпоксія, тунікаміцин та тапсигаргін, можуть підвищувати регуляцію експресії мРНК ATF6, вказуючи на те, що збільшення експресії ATF6 є важливим для реакцій ERs і що ATF6 може служити роллю у розвитку клітини дисфункція, подібна до IRE1 та PERK (12).

    У цьому дослідженні було досліджено, чи не було надмірних ER на острівцях ожирених мишей, індукованих жирною дієтою (HFD), та оцінювали вплив ER на функцію β-клітин. Згодом було визначено, чи високі концентрації пальмітату (PA) індукували ER у культивованих клітинах INS-1 та чи порушували ERs транскрипцію гена інсуліну. Врешті-решт, оцінювали, чи опосередкована транскрипція гена інсуліну геном інсуліну ATF6.

    Матеріали і методи

    Індуковані HFD миші з ожирінням

    Загалом, 36 мишей C57BL/6J (самці; вік 3 тижні; початкова вага 8,5–10 г) були отримані з Центру тварин Університету Сіань Цзяотонг. Мишей розміщували в окремих клітках. Мишам забезпечувався доступ до їжі та води за власним бажанням, а температура контролювалася на рівні 26-28 ° C. Відносна вологість повітря становила 40–60%, а світловий темп 10:14 год підтримувався щодня. Після адаптивного годування за нормальної дієти протягом 1 тижня мишей випадковим чином розподіляли на групу нормального харчування та групу HFD (18 мишей/група), а потім годували загальним кормом або кормом з високим вмістом жиру протягом 16 тижнів. За калорійністю HFD складався з 40% жиру з сала, 41,8% вуглеводів та 18,2% білка, тоді як звичайна дієта містила 13,8% жиру, 60,5% вуглеводів і 25,7% білка. Вагу тіла вимірювали один раз на тиждень у визначений час.

    Дослідження було схвалено Комітетом з питань етики тварин при Університеті Сіань Цзяотун (дозвіл № 2017-30). Дослідження проводилось у суворій відповідності до рекомендацій Керівництва з догляду та використання лабораторних тварин Національного інституту охорони здоров’я та Керівних принципів AVMA щодо евтаназії тварин 2013 р. (13,14).

    Внутрішньочеревинний тест на толерантність до глюкози (IPGTT) та тест на вивільнення інсуліну

    Через 16 тижнів мишей голодували протягом 15 год і піддавали внутрішньочеревної ін'єкції 25% глюкози при 2 г/кг маси тіла. Рівні глюкози в крові у хвостовій вені вимірювали перед ін’єкцією та через 30, 60 та 120 хв після ін’єкції за допомогою глюкометра. Зразки венозної крові (0,1 мл/зразок) відбирали із ретроорбітального венозного сплетення перед ін’єкцією та через 30, 60 та 120 хв після ін’єкції. Усім тваринам знеболювали пентобарбітал натрію (40 мг/кг, внутрішньочеревно) для ретроорбітальної проби крові. Зразки крові центрифугували протягом 15 хв при 1000 × g при 4 ° C, а потім відбирали зразки сироватки та зберігали при -70 ° C. ІФА використовували для виявлення інсуліну (набір ELISA для мишачого інсуліну; кат. № F6301; Westang Biological Technology Co., Ltd.).

    Імуногістохімічний аналіз
    Електронна мікроскопія

    Мишей забивали і тканини підшлункової залози збирали, як описано вище. Зразки підшлункової залози розрізали на невеликі кубики (1 мм 3) і негайно помістили у 2,5% розчин фіксуючого речовини глутаральдегіду (що містить 0,1 М PBS та 4% параформальдегіду) при 4 ° C протягом> 2 годин. Після промивання PBS зразки фіксували у 2% розчині тетроксиду осмію при 4 ° C протягом 2 годин та суміші епоксидної смоли/пропіленоксиду 1: 1 протягом 1 години при 37 ° C. Зразки вбудовували в епоксидну смолу на 1 год при 37 ° С і полімеризували при 60 ° С протягом ночі для надтонкого розрізування (товщина, 100 нм). Зразки фарбували уранілацетатом і цитратом свинцю при кімнатній температурі протягом 30 хв. Зрізи досліджували під просвічуючим електронним мікроскопом H-600 (Hitachi, Ltd.) при 80 кВ.

    Культура клітин

    Клітинна лінія клітин інсуліноми щурів INS-1 (Biohermes Biomedical Technology Co., Ltd.) культивувалась у 5% CO 2 -95% повітря при 37 ° C у середовищі RPMI-1640 (кат. № 22400071; Thermo Fisher Scientific, Inc .), що містить 11,1 мМ глюкози та 2 мМ 1-глютаміну. До середовища додавали 10% FBS (кат. № SV30087; Thermo Fisher Scientific, Inc.), 1 мМ пірувату, 10 мМ HEPES, 0,05 мМ 2-меркаптоетанолу, 100 ОД/мл пеніциліну та 100 мг/мл стрептоміцину. Всі експерименти проводили з використанням клітин INS-1 між їх 20 та 30 пасажами. Приготування культуральних середовищ, що містять PA (кат. № P9767; Sigma-Aldrich; Merck KGaA), проводили наступним чином: Концентрація PA становила 0,5 мМ, а кінцева концентрація BSA без жирних кислот становила 0,1 мМ. Отже, молярне співвідношення PA: BSA коливалося між 1: 1 і 5: 1. Всі умови контролю містили ті самі кількості БСА, що і ті, що мали ПА. Нормальна контрольна група містила середовище RPMI-1640 з 10% FBS. Контрольна група BSA містила середовище RPMI-1640 з 0,5% BSA, а група лікування PA - середовище RPMI-1640 з 0,5 mM PA і 0,5% BSA.

    Вестерн-блот-аналіз
    Кількісна ПЛР із зворотною транскрипцією (RT-qPCR)

    Для RT-qPCR загальну РНК виділяли з клітин INS-1 за допомогою реагенту TRIzol ® (Invitrogen; Thermo Fisher Scientific, Inc.). кДНК синтезували за допомогою набору PrimeScript® RT Master Mix (Takara Bio, Inc.), згідно з протоколами виробника. Отриману кДНК використовували для аналізу qPCR з використанням системи SYBR ® Premix Ex Taq ™ II (Takara Bio, Inc.). Для ампліфікації ПЛР використовували наступний протокол: 95 ° C протягом 30 секунд, потім 40 циклів при 95 ° C протягом 5 секунд та 60 ° C протягом 30 секунд. qPCR проводили в системі Bio-Rad IQ5 (Bio-Rad Laboratories, Inc.). Використовували такі праймери: ATF6, прямий 5′-ACAAGACCGAAGATGTCCATTGTG-3 ′, зворотний 5′-GATCCTGGTGTCCATGACCTGA-3 ′; інсулін, прямий 5′-CAGCACCTTTGTGGTTCTCACTT-3 ′, зворотний 5′-CTCCACCCAGCTCCAGTTGT-3 ′; і GAPDH, вперед 5′-GGCACAGTCAAGGCTGAGAATG-3 ′ і зворотний 5′-ATGGTGGTGAAGACGCCAGTA-3 ′.

    Ампліфіковані продукти аналізували за допомогою електрофорезу в агарозному гелі (2% агарози) для підтвердження аналізу qPCR. Для візуалізації використовували бромід етидію (кат. № E1385; Sigma-Aldrich; Merck KGaA). Стандартну криву та відповідні значення для кожного зразка визначали за допомогою системи Bio-Rad IQ5. Як внутрішній контроль використовували GAPDH, а для розрахунку відносних рівнів експресії генів-мішеней використовували метод 2 ΔΔCq (15).

    Імунофлуоресцентний аналіз (ядерна локалізація ATF6)

    Клітини висівали на покривні склянки перед інкубацією їх протягом 48 годин у стандартному культуральному середовищі, описаному в розділі «Культура клітин». Після культивування протягом 24 год у середовищах, що містять 0,5 мМ PA, клітини фіксували в 4% параформальдегіді при кімнатній температурі протягом 20 хв і проникали в Triton X-100 при кімнатній температурі протягом 30 хв. Клітини попередньо інкубували з 2% BSA (кат. № C500626; Sangon Biotech Co., Ltd.) протягом 10 хв при кімнатній температурі. Потім клітини інкубували з антитілом ATF6 протягом ночі при 4 ° C (1: 100; кат. № ab11909; Abcam) і згодом кон'юговане з Cy3 ® вторинне антитіло 1 год при 4 ° C (1: 100; кат. BA1031, Біологічна технологія Boster). Ядра фарбували DAPI протягом 15 хв при кімнатній температурі, а зразки монтували в гліцерин і спостерігали під флуоресцентним мікроскопом зі збільшенням × 40.

    Невелика заважаюча (si) трансфекція РНК для ATF6
    Статистичний аналіз

    Фігура 1.

    Малюнок 2.

    Малюнок 3.

    Електронна мікроскопія мікроструктур ER у мишей із ожирінням. Червоні порожні трикутники позначають області, показані на малюнках нижче. Пуста стрілка: Нормальний грубий ER в нормальній групі. Червона стрілка: Розширення, дегрануляція та вакуолеподібні зміни грубого ЕР у мишей із ожирінням. Червоний трикутник: конденсований хроматин в ядрі. Пустий червоний трикутник: набряклі мітохондрії. Червоне коло: Розширений перинуклеарний простір. ER, ендоплазматичний ретикулум.

    Індуковані ПА ER в клітинах INS-1

    Щоб підтвердити, чи індукували високоліпідне середовище β-клітинні ER, клітини INS-1 культивували у високоліпідному середовищі, а експресію білка ATF6 у клітинах вимірювали за допомогою вестерн-блот-аналізу (рис. 4). Рівень експресії білка ATF6 у контрольній групі BSA не суттєво відрізнявся від рівня нормальної контрольної групи. Однак у присутності 0,5 мМ PA, експресія ATF6 значно зросла після експозиції через 24 години, що припускає, що тривалий вплив PA може викликати ER.

    Малюнок 4.

    Малюнок 5.

    Ядерна локалізація ATF6 в клітинах INS-1 після обробки ПА. ATF6 візуалізували червоним кольором, ядерне фарбування DAPI - синім. ATF6 (білі стрілки), локалізований у цитоплазмі клітин INS-1 у контрольній групі, без експресії ATF6 в ядрі. Лікування 0,5 мМ індукованою ПА ядерною локалізацією ATF6 в клітинах INS-1; ATF6 експресувався як у цитоплазмі, так і в ядрі (порожні стрілки). Збільшення, × 40. ATF6, активуючий транскрипційний фактор 6; ПА, пальмітат.

    ER у клітинах INS-1 погіршує експресію гена інсуліну

    Щоб підтвердити, чи впливали ER на експресію гена інсуліну, клітини INS-1 культивували у високоліпідному середовищі, а рівні експресії мРНК інсуліну визначали за допомогою RT-qPCR (рис. 6). Через 24 години інкубації рівень експресії ATF6 у групі ПА був значно вищим порівняно з такою у контрольній групі БСА. Крім того, рівень експресії мРНК інсуліну в нормальній контрольній групі не суттєво відрізнявся від рівня у контрольній групі BSA. Рівень експресії мРНК інсуліну в групі ПА був значно знижений. Ці результати припустили, що ПА інгібує експресію мРНК інсуліну в клітинах INS-1.

    Малюнок 6.

    Малюнок 7.

    Малюнок 8.

    У нормальних умовах ATF6 взаємодіє з білком ER-шаперон, що зв’язує білок імуноглобуліну/GRP78, і утримується в мембрані ER (35). Під час ЕР накопичення білка, що розгорнулося, індукує перенесення ATF6 в апарат Гольджі, який гідролізується в активні фрагменти (22). Активований ATF6 потрапляє в ядро ​​для активації елемента відповіді на ER на промоторних ділянках декількох генів, щоб сприяти правильному згортанню білків у просвіті ER (36). У цьому дослідженні імунофлуоресцентне фарбування показало, що в нормальних клітинах INS-1 ATF6 в основному експресується на низькому рівні в цитоплазмі, майже не експресуючи в ядрі. Однак у клітинах, оброблених РА, спостерігали як цитоплазматичну, так і ядерну експресію ATF6, з вищими рівнями експресії, ніж у нормальних клітинах. Ці висновки свідчать про те, що в клітинах INS-1, оброблених ПА, білок ATF6 активувався і переміщувався з цитоплазми в ядра.

    У цьому дослідженні використовували індуковані HFD миші з ожирінням для оцінки стану ER у підшлунковій залозі мишей із ожирінням та для оцінки впливу ожиріння на метаболізм глюкози та функцію β-клітин острівців підшлункової залози в організмі. Зміни ATF6, важливої ​​сигнальної молекули в процесі ER у β-клітинах, на рівні білка та мРНК, та його вплив на експресію мРНК інсуліну в β-клітинах досліджували за допомогою експериментів in vitro. Результати підтвердили, що активація сигнального шляху ATF6, індукована надмірними ER, була одним з потенційних механізмів, що лежать в основі дисфункції β-клітин при ожирінні. У цьому дослідженні теоретично з’ясовано потенційні механізми, що лежать в основі високої поширеності T2DM серед пацієнтів із ожирінням, що вказує на нові стратегії ефективної профілактики та контролю розвитку ожиріння T2DM у клінічній практиці.

    Подяки

    Фінансування

    Це дослідження було підтримане Національним фондом природничих наук Китаю (грант № 81673187).