Efecto de la sobreexpresión de BCL-XL en la función y supervivencia de la célula β pancreática

Abstract

La diabetes es una enfermedad crónica, con una alta tasa de mortalidad y morbilidad, que afecta a 463 millones de personas a nivel mundial, aunque la Federación Internacional de Diabetes estima que habrá 700 millones de casos en 2045. Los esfuerzos para ralentizar o frenar el transcurso de la diabetes se han centrado en limitar la respuesta inmune en la diabetes tipo 1 y reducir la insulinorresistencia en la diabetes tipo 2 , pero los avances logrados no son suficientes para mantener una masa de célula β funcional capaz de mantener la normoglucemia. Durante el transcurso de la diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2, las células β pancreáticas están expuestas a diferentes estímulos apoptóticos, que acaban provocando su disfunción y/o muerte, y la consecuente hiperglucemia. Estudios previos demuestran que la mayor resistencia de la célula α pancreática a la apoptosis en condiciones de diabetes tipo 2 se debe, en parte, a su alta expresión de la proteína antiapoptótica BCL-XL en comparación a su expresión en la célula β. En este trabajo se postula que la sobreexpresión de BCL-XL en la célula β pancreática puede tener un efecto protector frente a la apoptosis en las condiciones observadas en la diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2. Para estudiar los efectos de la sobreexpresión de BCL-XL en la célula β, se sobreexpresó esta proteína mediante un vector adenoviral en dos líneas de célula β: INS-1E (de rata) y EndoC-βH1 (humana) logrando un aumento de 7 veces (INS-1E) y 5 veces (EndoC-βH1) sobre su respectiva expresión endógena. Se comprobó la sobreexpresión mediante inmunocitofluorescencia y análisis Western Blot. Se analizó el efecto de la sobreexpresión de BCL-XL en la función de la célula β mediante el análisis de las oscilaciones de Ca2+ intracelular y la secreción de insulina en respuesta a diferentes estímulos por microscopía de fluorescencia y ELISA, respectivamente. El efecto en la viabilidad celular se evaluó mediante tinción con Hoechst/PI. Las células se trataron en presencia de un estímulo proapoptótico de la diabetes tipo 1 (un cóctel de citoquinas proinflamatorias) o un estímulo de la diabetes tipo 2 (palmitato). Los resultados indican que la sobreexpresión de BCL-XL reduce levemente la señal de Ca2+ intracelular y la función secretora de insulina en INS-1E, pero no afecta a la función secretora del modelo humano. La sobreexpresión de BCL-XL fue capaz de proteger un 40 % a INS-1E y un 99% a EndoC-βH1 frente a la apoptosis inducida por citoquinas, y un 73% frente a la inducida por palmitato en EndoC-βH1. Los resultados de este trabajo indican que la sobreexpresión de BCL-XL no parece alterar la función secretora de la célula β humana. Además, la sobreexpresión de BCL-XL es capaz de proteger a la célula β en el microambiente proapoptótico de la diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2.Los resultados expuestos en este trabajo abren la puerta a la búsqueda de otras estrategias de terapia génica en células β humanas que mejoren su viabilidad en diabetes.

Diabetes is a chronic disease with high mortality and morbidity which currently affects over 463 million people worldwide. More importantly, the International Diabetes Federation estimates that diabetes will reach 700 million cases by 2045. Efforts to delay or slow down the progression of diabetes have focused on limiting the immune response in type 1 diabetes and reducing insulin resistance in type 2 diabetes. However, what has been achieved so far is insufficient to keep enough functional β-cell mass to maintain normoglycemia. During type 1 diabetes and type 2 diabetes, pancreatic β-cells are exposed to different apoptotic stimuli, which eventually cause β-cell dysfunction and/or death and, consequently, hyperglycaemia. Previous studies have demonstrated that the higher resistance against type 2 diabetes conditions shown by pancreatic α-cells may be due, at least partially, to their higher expression of the antiapoptotic protein BCL-XL compared to β-cells. In this project we postulate that BCL-XL overexpression in β-cells might have a protective effect against apoptotic conditions observed in type 1 diabetes and type 2 diabetes. To study the effects of BCL-XL overexpression in β-cells, we used an adenoviral vector to overexpress BCL-XL in two β-cell lines: INS-1E (rat) and EndoC-βH1 (human), reaching a 7 times (INS-1E) and 5 times (EndoC-βH1) increase in BCL-XL expression over their respective endogenous levels. Overexpression was confirmed by immunocytofluorescence and Western Blot. BCL-XL overexpression effects on β-cell function were assessed in response to different stimuli by measuring intracellular Ca2+ by fluorescence microscopy and insulin secretion by ELISA. Cellular viability was assessed by Hoechst/PI staining. Cell were treated either with a type 1 diabetes proapoptotic stimulus (a proinflammatory cytokine cocktail) or a type 2 diabetes stimulus (palmitate). Our results show that BCL-XL overexpression slightly reduces intracellular Ca2+ responses as well as insulin secretion in rat but not insulin secretion in human β-cells. BCL-XL overexpression reduced cytokine-induced β-cell apoptosis by 40 % (INS-1E cells) and 99 % (EndoC-βH1 cells). Palmitate-induced apoptosis was reduced by 73 % in EndoC-βH1. Our findings suggest that BCL-XL overexpression does not seem to affect human β-cell secretory capacity. Moreover, BCL-XL overexpression protects pancreatic β-cells against the proapoptotic microenvironment observed in type 1 diabetes and type 2 diabetes. The results presented herein open the doors to the search for other strategies based on the modulation of gene expression to improve human β-cell survival in diabetes.