Diabete: come fa il corpo a controllare la glicemia in modo così preciso?

Diabete-Immagine: un isolotto di cellule beta nel pancreas di pesce zebra. Credito: Prateek Chawla.

Di Magdalena Gonciarz, Università di Tecnologia di Dresda.

Come fa il nostro corpo a controllare la glicemia in modo così preciso? Un team internazionale guidato dal Prof. Nikolay Ninov del Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD), parte della Dresden University of Technology, ci ha portato un passo più vicini alla risposta. I ricercatori hanno trovato un gruppo speciale di cellule “first responder” nel pancreas che sono cruciali per innescare la risposta della glicemia.

I loro risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.

I nostri corpi devono mantenere i livelli di zucchero nel sangue giusti. Troppo alti o troppo bassi possono essere pericolosi. Questo equilibrio è disturbato nel diabete, portando a gravi problemi di salute. Le cellule beta nel pancreas gestiscono questo equilibrio rilasciando insulina quando i livelli di zucchero nel sangue aumentano.

Comprendere come funzionano le cellule beta e come coordinano la risposta all’aumento della glicemia può in ultima analisi aiutare a sviluppare trattamenti migliori per il diabete.

Non tutte le cellule beta sono uguali

“Osservando il pancreas, ci siamo chiesti se tutte le cellule beta siano effettivamente ugualmente sensibili allo zucchero. Studi precedenti suggerivano che alcune potrebbero essere più sensibili di altre”, afferma il Prof. Nikolay Ninov, responsabile del gruppo di ricerca presso il CRTD di Dresda.

Per comprendere il lavoro del pancreas, il team di Ninov si è rivolto al pesce zebra. Questo piccolo pesce tropicale ha un pancreas che funziona in modo simile a quello umano. Allo stesso tempo, offre un enorme vantaggio. I ricercatori possono usare pesci trasparenti che non hanno alcun pigmento e osservare il pancreas al lavoro in tempo reale nel pesce vivo.

Il gruppo ha scoperto che un piccolo gruppo di cellule beta è più sensibile ai livelli di zucchero rispetto alle altre. Queste cellule rispondono al glucosio più rapidamente delle altre, quindi il team di Ninov le ha definite cellule “first responder”. Esse avviano la risposta al glucosio, che è seguita dalle restanti “cellule follower”.

Gerarchia nascosta nel pancreas

Il team voleva verificare se i primi soccorritori nel pancreas, fossero necessari affinché le cellule successive rispondessero al glucosio. Utilizzando pesci trasparenti, il gruppo Ninov ha sfruttato l’optogenetica, una moderna tecnologia basata sulla luce che consente di accendere o spegnere singole cellule con un fascio di luce.

Disattivando le cellule first responder si è abbassata la risposta allo zucchero nel sangue delle cellule follower. Allo stesso tempo, quando le first responder sono state attivate selettivamente, la risposta delle cellule follower è stata potenziata.

“I primi soccorritori si trovano in cima alla gerarchia delle cellule beta quando si tratta di controllo della risposta allo zucchero. È interessante notare che solo circa il 10% delle cellule beta agisce come primo soccorritore. Ciò suggerisce che questa piccola popolazione di cellule funge da centro di controllo per la regolazione dell’attività del resto delle cellule beta“, spiega il Prof. Ninov.

Caratteristiche uniche delle cellule di primo soccorso

Per scoprire cosa rende uniche le cellule first responder, i ricercatori hanno confrontato l’espressione genica delle cellule beta altamente sensibili al glucosio con quelle meno sensibili. Hanno scoperto che le first responder sono coinvolte nella produzione di vitamina B6. Le cellule first responder esprimono un enzima chiave coinvolto nella trasformazione della forma inattiva della vitamina B6 alimentare nella forma attiva nelle cellule.

In stretta collaborazione con il team del Prof. Guy Rutter presso l’Università di Montreal, i ricercatori hanno disattivato la produzione di vitamina B6 sia nel pancreas del pesce zebra che in quello del topo. La capacità delle cellule beta di rispondere all’alto livello di zucchero nel sangue è stata drasticamente ridotta in entrambe le specie.

“Ciò indica che la vitamina B6 svolge un ruolo evolutivamente conservato nella risposta al glucosio. È possibile che i primi soccorritori producano e forniscano vitamina B6 al resto delle cellule beta per regolarne l’attività. Verificare se questo è effettivamente il caso è uno dei nostri prossimi passi“, afferma il Prof. Ninov.

Implicazioni per la ricerca sul diabete

“Ora sappiamo che ci sono cellule specifiche che avviano la risposta al glucosio e che la vitamina B6 è essenziale per questo processo”, afferma il Prof. Ninov. La vitamina B6 funge da cofattore per oltre un centinaio di enzimi essenziali che svolgono ruoli critici nelle cellule, che vanno dal controllo della respirazione cellulare alla produzione di neurotrasmettitori.

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Spiegano gli autori:

“Le cellule β pancreatiche mantengono l’omeostasi del glucosio secernendo quantità precise di insulina in proporzione ai nutrienti ricchi di energia come gli zuccheri. La secrezione di insulina in risposta a un aumento graduale del glucosio comporta due fasi. Durante la prima fase, la depolarizzazione delle cellule β innesca un aumento rapido e transitorio del Ca ²⁺ intracellulare e il rilascio di insulina. Durante la seconda fase, l’insulina viene rilasciata in modo più sostenuto e pulsatile. Le persone con prediabete o ridotta tolleranza al glucosio hanno una prima fase di secrezione ridotta, mentre quelle con diabete di tipo 2 (T2D) conclamato perdono la prima fase e mostrano una ridotta secrezione di insulina nella seconda fase. Anche la pulsatilità della secrezione si perde nel T2D. Quindi, è di fondamentale importanza comprendere i meccanismi della secrezione coordinata di insulina per sviluppare terapie efficaci per il diabete. Poiché le cellule β pancreatiche subiscono un afflusso sincronizzato di Ca ²⁺ in risposta al glucosio, sono spesso considerate un sincizio funzionale in cui tutte le cellule lavorano come un’unità. Il lavoro pionieristico dei gruppi Benninger e Stožer e Rupnik ha riportato eterogeneità intercellulare durante la prima e la seconda fase e ha anche dimostrato l’importanza dell’accoppiamento delle giunzioni comunicanti e del metabolismo degli zuccheri per la sincronizzazione delle cellule β. Questi risultati sono stati successivamente estesi all’isolotto umano dal gruppo Rutter”.

“Esiste in realtà un corpus di ricerche che mostra una correlazione tra bassi livelli di vitamina B6 e incidenza di malattie metaboliche e diabete di tipo 2. Vorremmo concentrarci maggiormente sull’esplorazione di questo collegamento“, conclude il Prof. Ninov.

Comprendere il modo in cui la vitamina B6 regola le cellule beta del pancreas potrebbe portare a nuove intuizioni sulla patologia del diabete e, in ultima analisi, a nuovi trattamenti.

Fonte:Science Advances