Papel del receptor de estrógenos β en los efectos de la exposición prenatal al bisfenol-a en la célula β pancreática

Abstract

La exposición al disruptor endocrino BPA, durante la gestación, conduce a alteraciones metabólicas en la descendencia produciendo efectos adversos en la homeostasis de glucosa y, por tanto, a un aumento del riesgo en la aparición de enfermedades metabólicas como la diabetes mellitus tipo 2. Por otro lado, se tienen constancia de que el BPA, a través de la activación de receptores de estrógenos, pone en marcha diferentes vías de señalización que pueden alterar la función y la expresión de genes en la célula β pancreática. En el presente trabajo analizamos cuál es el efecto del BPA sobre la masa y la función de la célula β pancreática durante el primer mes de vida en la descendencia y la posible implicación de los receptores de estrógenos. Para investigar los efectos del BPA sobre el desarrollo de la célula β pancreática en la descendencia se utilizaron ratones de la cepa OF1. Asimismo, para esclarecer la implicación del receptor de estrógenos, ERβ, se utilizaron ratones de la colonia knockout para este receptor. Para el estudio de la masa y proliferación de la célula β pancreática se llevaron a cabo experimentos in vivo en los animales al mes de vida mediante técnicas de inmunohistoquímica. Para el estudio de la función de este tipo celular en los descendientes al mes de vida se analizó la tolerancia a la glucosa, la sensibilidad a la insulina, la capacidad secretora de las células β pancreáticas en respuesta a glucosa tanto in vivo como ex vivo, posibles cambios en la expresión génica, así como en los niveles de hormonas plasmáticas importantes en el control de la homeostasis glucémica y energética. Además, para corroborar la implicación del recetor ERβ en el efecto proliferativo directo del BPA se realizaron análisis in vitro mediente el cultivo primario de células aisladas del islote de Langerhans de animales procedentes de la colonia knockout para ERβ. Las células aisladas se incubaron con diferentes dosis de BPA; el agonista específico de ERβ, WAY200070; el agonista específico de ERα, PPT; y la hormona natural 17β-estradiol. Los resultados obtenidos mostraron cómo la exposición a BPA durante el desarrollo embrionario conducía a un aumento estadísticamente significativo del área y la masa de células β pancreáticas en los descendientes de la cepa OF1. Estos cambios se asociaron con un aumento de la proliferación y una disminución de la apoptosis. Además, observamos que estos cambios se producían también en animales WT de la colonia BERKO mientras que aquellos animales que carecían del recetor ERβ no mostraban cambio fenotípico alguno. Los experimentos realizados in vitro demostraron que el BPA, a dosis medioambientalmente relevantes, aumentaba la tasa de proliferación de la célula β a través de un mecanismo dependiente de ERβ. No obstante, no podemos descartar la participación de otros receptores como ERα dado que agonistas específicos como el PPT condujeron asimismo a un aumento de la proliferación. Por otro lado, el tratamiento con la hormona 17β-estradiol no produjo ningún efecto en la división de la célula β. Por lo que respecta a los estudios de la función de la célula β en los descendientes jóvenes tras la exposición intraútero a BPA no se observaron diferencias significativas en cuanto a la tolerancia a la glucosa, sensibilidad a la insulina ni en los niveles hormonales. Sin embargo, observamos que los animales BERKO per se presentaban una disminución en la secreción de insulina estimulada por glucosa. En conclusión, la exposición in utero a BPA promueve cambios tempranos en la morfología del páncreas endocrino que requieren de la participación del receptor de estrógenos ERβ. El BPA, a dosis dentro del rango de exposición humana, modula la división de las células β pancreáticas, incrementando la masa de este tipo celular durante el desarrollo. Este hallazgo contribuye a ampliar nuestro conocimiento sobre los mecanismos subyacentes a la acción del BPA en la homeostasis de la glucosa.

Gestational exposure to BPA leads to metabolic disorders in the offspring which may increase the risk of developing diseases like type 2 diabetes. BPA is also known to activate different signalling pathways through activation of estrogen receptors (ERs) which may alter gene expression and pancreatic β-cell function. In the present work, we analyse the effects of gestational exposure to BPA on pancreatic β-cell function and mass in the offspring during first month of life as well as the role of ERs. We use OF1 mice to investigate the effects of BPA on pancreas development in the offspring exposed. To uncover the possible participation of ERβ animals from BERKO colony were included in the study. Pancreatic β-cell mass and proliferation was analysed in the offspring at postnatal day 0 (P0) and 30 (P30) by means of histological and morphometric procedures. Pancreatic β-cell function was explored at P30. Glucose tolerance, insulin sensitivity, in vivo and ex vivo insulin secretion response, changes on gene expression as well plasma levels of hormones key in glucose and energy homeostasis were analysed. In addition to that, in order to explore ERβ role in the proliferative effect of BPA in pancreatic β-cells, a series of in vitro experiments were performed. Dispersed pancreatic islet cells from adult male WT and BERKO mice were cultured in the presence of vehicle or BPA, a specific agonist of ERβ, WAY200070, a specific agonist of ERα, PPT, or the natural hormone 17β-estradiol. We found that gestational exposure to BPA led to a significant increase of pancreatic β-cell area and mass in the OF1 male offspring. This increment was related to enhanced pancreatic β-cell proliferation rate and decreased apoptosis. Similar results were observed in WT exposed animals from the BERKO colony while mice lacking ERβ did not show any change. In vitro experiments revealed

that BPA, at environmentally relevant doses, promoted increased pancreatic β- cell division in an ERβ-dependent manner. Nevertheless, we cannot discard that

other ERs like ERα may also play a role since the treatment with the selective agonist of ERα, PPT, also increased β-cell replication rate. On the contrary, the treatment with 17β-estradiol, in the same range of doses, did not promote any change on β-cell proliferation neither in males nor in females WT. As regards the in vivo study of glucose homeostasis, no significant effects were observed on glucose tolerance, insulin sensitivity or plasma hormone levels in the male offspring in utero exposed to BPA at P30. However, we do observe that BERKO animals showed decreased insulin secretion in response to stimulatory glucose concentrations. In summary, in the present study we demonstrate that in utero exposure to BPA

promote early changes in the morphology of the endocrine pancreas in an ERβ- dependent manner. In addition, we found that BPA, at doses within the range of

human exposure, modulates pancreatic β-cell division leading to an increment of pancreatic β-cell mass during development. This finding will contribute to expand our knowledge on the mechanisms underlying BPA action which may have an impact on glucose homeostasis.