文摘

ARF / INK4A (Cdkn2a)轨迹包括有关肿瘤抑制基因p16INK4a分子和p14ARF老鼠(单独)触发RB和p53的抗增殖活动。与β细胞自我复制的主要来源为新生成β细胞在成年动物,β细胞复制的网络可以增加提高β细胞质量和功能是糖尿病研究的方法之一。在本文中,我们展示的一般视图监管点Cdkn2a位点的转录和转译后的水平。我们描述Cdkn2a的分子途径和功能在β细胞周期调控。鉴于老化揭示p16Ink4a分子水平增加胰腺β细胞的增殖抑制和减少他们的反应能力损伤,我们展示艺术的状态轨迹在β细胞衰老的作用和糖尿病的发展。此外,我们关注的是两种方法在β细胞再生策略,依靠Cdkn2a轨迹-规定:长非编码rna和betatrophin。

1。介绍

扩张和扩散分泌细胞在胰腺胰岛β细胞是一个关键的高度管制机制建立,维护和胰岛功能适应满足生物体的生理需求。了解这种机制的碎片组合在一起可以提高胰岛替代方法的发展;鉴于1型和2型糖尿病的结果减少β细胞群和β细胞功能受损。在新生儿胰岛β细胞扩大人类,老鼠,和其他的物种,但这扩散衰减之后,这可能促进大流行(2型)糖尿病(形式1]。β细胞群可以扩展增加β细胞复制,扩大β细胞大小,减少β细胞死亡,促进β细胞再生。出生后小鼠β细胞增殖缓慢,但这个过程可以加速在各种条件下,包括肥胖,怀孕,和由不同的β细胞有丝分裂原刺激,如葡萄糖、氨基酸、胰岛素,泌乳素、胎盘催乳素,和glucagon-like peptide-1。除了从已有的成人β细胞祖细胞分化或从另一个细胞谱系分化转移,β细胞自我复制被认为是新一代β细胞的主要来源成年动物(2]。糖尿病研究的方法之一是研究β细胞周期的作用催化剂和抑制剂阐明网络可以增加β细胞复制增强β细胞质量和功能。

β细胞的复制机制的理解是很重要的专注于细胞周期阶段和检查点:G1-S过渡,S期检查点,G2 M过渡和有丝分裂检查点(图1)。检查点调控机制通过消极的胞内信号,逮捕细胞周期,而不是通过移除刺激细胞循环发展的积极信号。防止消极信号周期过渡起始的扩散,复制和有丝分裂,直到细胞是细胞周期进展的足够的条件。顺序激活/失活的细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdks)是细胞周期调控的主要手段。它具有底物特异性和监管Cdk /细胞周期蛋白复合物。根据早期的G1期,到和/或Cdk6被激活的细胞周期蛋白和发起型磷酸化蛋白质视网膜母细胞瘤(Rb)的家庭。这个触发器E2F转录因子的释放和随后的激活和E2F转录响应基因(包括E -和细胞周期蛋白)a类型细胞循环过程所必需的。在G1期后期,Cdk2结合细胞周期素E和完成Rb的磷酸化,加强E2F介导转录的激活。这些事件导致从G1 / S S期起始边界点。

通过S期进展Cdk2与细胞周期蛋白结合,导致DNA复制。在G2 / M过渡,Cdk1 /细胞周期蛋白需要一个复杂的前期的启动。最后,Cdk1 / B细胞周期蛋白复合物是积极参与完成有丝分裂。Cdk /细胞周期蛋白复合物的消极监管依赖于两个家庭Cdk抑制剂;INK4家族(,,,)具体结合到Cdk6和防止d型细胞周期蛋白活动和Cip / Kip的家庭(/ Waf1 / Sdi1,,)抑制Cdk2 /细胞周期素E, Cdk2 /细胞周期蛋白,Cdk1 /细胞周期蛋白,以及Cdk1 /细胞周期蛋白B活动(审查[3])。

p53基因产品是另一个关键细胞周期核对基准点调节器G1 / S和G2 / M,它已被证明激活的细胞周期基因的转录,其重要作用是被捕后在G1细胞基因毒性损害之前允许DNA修复DNA复制和细胞分裂。为了应对大量的DNA损伤,p53触发凋亡细胞死亡通路(4]。

这里概述的监管点ARF / INK4A轨迹在β细胞转录,特别在扩散过程中,引起细胞衰老和糖尿病的发展。我们国家更引人注目的方法研究了光在胰腺β细胞增殖和再生。

2。东盟地区论坛/ INK4A轨迹监管在β细胞

候选基因和全基因组关联研究(GWAS)已经确定了几个与2型糖尿病相关基因座和相关特征。具体来说,在CDKN2A / B位点的遗传变异与2型糖尿病相关在许多民族的人口。许多出版物在过去的五年里确认和验证CDKN2A / B是一个轨迹与2型糖尿病的遗传风险发展(5- - - - - -8]。山中最强的变异有关rs10811661位于125 kb CDKN2A和CDKN2B基因的上游(审查,9])。这似乎多态性与2型糖尿病在几乎所有种族群体研究[10- - - - - -18),人们携带的TT基因型变异显示胰岛素释放和葡萄糖耐量受损(19]。

ARF / INK4A (Cdkn2a)轨迹横跨大约35个碱基在人类染色体9 p21.25包括肿瘤抑制基因有关和(在老鼠身上)触发anti-proliferative RB和p53的活动。而从外显子1 b和外显子2,转录从外显子1局部20 kb下游转录1 b和外显子2和3。如下详细描述,如图2,结合CDK4/6抑制其激酶活性从而防止Rb磷酸化(复审委员会)抑制MDM2的泛素连接酶活性,从而稳定p53。Rb仍与转录因子E2F1本地化的细胞质,从而防止E2F1目标基因的转录,正如上面提到的,为G1 / S[过渡至关重要20.]。

β细胞表达的大部分已知的细胞周期抑制剂,包括,,,、p53和Rb。相比之下,根据负监管模型简介中解释说,少了很多冗余的β细胞的细胞周期活化剂。这个模型收敛在老鼠和人类的模型。例如,啮齿动物β细胞表达只到而不是CDK6,而大多数其他细胞表达这两种蛋白质。细胞周期蛋白,小鼠β细胞表达三维D1, D2、D3,但D2的mRNA表达都明显高于D1 D2和D3只有通过免疫组织化学方法检测(2]。为了建立另一个调节点的途径在β细胞,Fiaschi-Taesch和他的同事们(21,22)划定的曲目G1 / S调控蛋白存在于成人胰岛和使用这些信息来开发他们所谓的“人类胰岛G1 / S蛋白质组”。这些研究状态,虽然G1 / S分子主要认为是核蛋白质,他们主要在细胞质中存在,可能他们不能够调节细胞周期进程。此外,唯一核G1 / S分子细胞周期抑制剂,复审委员会,p21 p57,。仍在核基底条件下只有8.4%的β细胞。这将成为核在16.1%的感应下扩散。细胞周期细胞周期蛋白或Cdks活化剂是必要的驱动β细胞增殖是存在于细胞质中,而不是在核隔间。

关于E2F在β细胞的作用,众所周知,E2F表达的增加有助于控制癌细胞扩散,但是有越来越多的证据表明Cdk4-E2F1-pRB-specific在代谢中的作用。程度上,有发现到一些特定的多态性基因可能导致肥胖2型糖尿病危害(23]。从这个意义上讲,研究E2F1^−−/老鼠显示产后受损胰腺增长引发的减少胰腺大小与随后的葡萄糖稳态(24]。此外,CDK4-pRB-E2F1通路被激活葡萄糖通过β细胞的胰岛素通路,导致增加Kir6.2表达式,诱发胰岛素分泌(25- - - - - -27]。

3所示。ARF / INK4A和β细胞衰老

新兴的证据表明,胰腺β细胞的增殖是一个重要的机制不仅维持体内平衡内分泌胰腺也为适应胰岛功能代谢变化的要求(9,28,29日]。β细胞的能力扩张和弥补胰岛素需求变化可以导致糖尿病的发病机理。几项研究表明β细胞增殖下降与年龄(30.,31日),这个年龄相关性下降β细胞增殖抑制内分泌胰腺的能力应对代谢变化。此外,细胞内在的遗传和表观遗传机制调节β细胞增殖的年龄相关性下降32]。

审查,Gunasekaran和关口编译矛盾的研究老年性对β细胞的影响。虽然他们中的一些发现,胰岛素敏感性降低随着年龄的增长,人表明,血浆葡萄糖间隙被发现依赖于腰臀比,而不是年龄,除了老年人与预先存在的葡萄糖耐量或2型糖尿病。即使这些研究进入矛盾,有证据表明,随着年龄的增长,β细胞显示减少的表达细胞周期活化剂与同时增加表达细胞周期抑制剂。有争议的结果和意见的平衡细胞周期抑制剂和催化剂被发现。Gunasekaran概略描述了几项研究表明,损失的一个细胞周期抑制剂不加速β细胞周期进展,而失去多个抑制剂提高β细胞增殖(2]。相反的意义上,其他组描述和表达式(mRNA)显著增加胰岛细胞衰老,但不是其他Cdk抑制剂检查,包括p15 p18, p21 p27。这个规定一直与减少年龄β细胞的增殖能力32,33]。

衰老和复制衰老有关在大多数哺乳动物的组织水平提高与衰老。的水平个体可以通过随机预测模型中,考虑了受试者的年龄。根据这个模型,随着年龄的增长水平成倍增加端依赖的方式,达到一个高原。

增加水平在胰腺老化(独立于端粒缩短)抑制β细胞的增殖,减少他们的反应能力损伤。而的β细胞基因敲除小鼠能够增殖反应损伤,与异位表达的β细胞显示减少增生性反应确认之间的联系和β细胞衰老20.]。此外,过度的在转基因小鼠引起的胰岛细胞增殖减少年轻比年老的动物。

的表达和监管PRC1通过蛋白启动子甲基化和PRC2 Polycomb集团的复合物(PcG)的转录阻遏蛋白质。MLL1和PcG直接控制Ink4a / Arf轨迹通过染色质的表观遗传修饰,这些压抑的表观遗传标记的损失导致复制的时间轨迹的转变,在衰老和Polycomb突变细胞(34]。

Bmi-1是一个转录因子,PcG镇压复杂1 (PRC1),抑制衰老通过抑制转录。因此Bmi-1行为作为癌基因和肿瘤干细胞的标记。Ezh2(增强剂zeste同族体2)属于PRC2复杂,它是一种组蛋白甲基转移酶压制Ink4a / Arf的胰岛β细胞,与活动特定组蛋白H3 K27 [35,36]。Bmi-1减少转录的能力从Ink4a轨迹取决于PRC2 Ezh2和其他组件的复杂。

Kotake et al。37]表明,切除复审委员会从细胞导致的损失组蛋白H3 K27 trimethylation导致的损失Bmi-1招聘Ink4a / Arf轨迹。此外,复审委员会也证明是Bmi-1所需功能的转录镇压Ink4a / Arf。之间有一个反馈回路Rb:磷酸化导致增加表达和抑制CDK4/6 [20.]。其他监管反馈循环的轨迹继电器组蛋白去乙酰酶抑制剂(HDAC),需要p53 HDAC和PcG镇压表达式[38),同时HDAC1参与E2F1进而调控的释放,导致抑制Mdm2活动,随后激活p53诱导衰老通过p21 [20.,39]。先前所描述的王先生和他的同事们(40通过上调),HBP1导致过早衰老针对主细胞中表达促进剂,通过互动和招募p300 / CBP,而HDAC4压制HBP1-induced表达式,从而压制HBP1-induced过早衰老。

4所示。新见解INK4a / ARF调节β细胞增殖

下面解释的因素是众所周知的一个特定的角色在调节β细胞增殖在生理和病理条件下。然而,涉及的分子途径还没有完全研究,但是他们可以承诺扩大功能性胰岛细胞在糖尿病的目标。

5。lncRNAs

长非编码RNA (lncRNAs)是一个新的类定义为监管RNA的转录RNA分子长度从200年到100000年不等核苷酸和缺乏编码蛋白质的能力。胰岛lncRNAs显示显著特异性表达模式,莫兰和他的同事们(41)集成的转录和染色质映射到系统注释lncRNA基因在人类胰岛细胞状态,有些lncRNAs在2型糖尿病或映射到易感性位点特异表达。此外,小鼠同源成绩单是动态监管人类胰岛lncRNAs在类似的方式。Cdkn2a而言,长非编码RNA, ANRIL(反义非编码RNA),也转录的轨迹,是参与的表观遗传调控Cdkn2a轨迹直接绑定成绩单和招聘中华人民共和国复合体抑制基因的转录位点。ANRIL目标是通过PRC2 Ink4a /论坛/ Ink4b轨迹(42]。另一个调节点关于ANRIL和细胞周期抑制是ANRIL E2F1转录因子引起的DNA损伤后,因此ANRIL水平升高的抑制的表达和晚期的DNA损伤反应(DDR),形成一个负面反馈循环DDR [43]。最近的研究表明,单核苷酸多态性映射在Cdkn2a ANRIL以及轨迹序列都与一些病理条件,包括2型糖尿病(39]。

6。Betatrophin

易et al。44)所描述的肽分泌的一种蛋白在小鼠肝脏产生过度显著,特别是促进胰腺β细胞增殖和β细胞大规模扩张,因此,改善葡萄糖耐量。因此,这种肽被称为betatrophin。细胞周期蛋白的表达水平(细胞周期蛋白A1, A2, B1, B2, D1, D2,和F), CDKs (CDK1和CDK2),和e2f (E2F1和E2F2)增加,而细胞周期抑制剂(Cdkn1a和Cdkn2a)减少胰岛betatrophin-injected小鼠相比control-injected老鼠。betatrophin的作用机理仍然未知,是否直接作用的β细胞控制其扩散。Betatrophin并不是一个新颖的蛋白质,它也被称为ANGPTL8 TD26, [Lipasin。先前易和他的同事们的研究,它已被证明,betatrophin表达在肝脏和脂肪组织的最高水平,并上调和喂养的抑制禁食(45,46]。迄今为止betatrophin受体尚未确定,也许其他辅助因子作用的特异性betatrophin影响β细胞群。然而,有前途的机会是开放对betatrophin和β细胞再生。

7所示。结论

1和2型糖尿病可以通过更换β细胞群被逆转,证明了胰腺和胰岛移植(47]。然而,它的适用性有限,考虑到器官捐献者短缺和慢性免疫抑制的必要性。β细胞的再生质量是一种有前途的方法来取代财政赤字在糖尿病患者的β细胞群(32]。结果本文所支持,调制Ink4a / Arf的轨迹在调节胰腺β细胞增殖中起着至关重要的作用在衰老和再生。β细胞增殖的策略改进基于Ink4a / Arf基因抑制可能有助于开发新的再生方法。的一个主要的担忧抑制这些基因的作用是抑癌,可能引发肿瘤发展(48]。到目前为止,很少有研究显示特定抑制剂的p16和/或p19基因。最近,直接脱抑制p21和造成的损失AP4基因(原癌基因转录因子)成纤维细胞已被证明是足够的调节细胞衰老(49]。在β细胞,并承诺最近的一项研究表明,生物可利用HNF4α(核受体转录因子)拮抗剂引起的β细胞复制在兔子和老鼠。此外,这种化合物促进α,β,δβ细胞复制细胞切除老鼠,和压抑的表达多个细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂,包括(50]。理解Ink4a / Arf的规定轨迹可以揭示减少β细胞增殖的分子基础与衰老和也是非常有用的设计策略β细胞再生。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者道歉所有同事的工作由于空间限制不能引用。我们感谢Annicotte的实验室成员和Froguel实验室的讨论。作者的研究是由法国国家科学(ANR-10-LABX-46),协会倒说是关于糖尿病,Lille2大学委员会区域给加莱和里尔都市Communaute Urbaine。