La neurogenina 3 (NEUROG3), cuya mutación puede provocar diabetes, sólo está activa durante un breve periodo de tiempo durante el desarrollo pancreático, por lo que su comportamiento y dinámica, especialmente en el contexto del desarrollo humano, no estaban claros hasta ahora. Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde y de la Fundación Novo Nordisk de la Universidad de Copenhague han utilizado ahora un método especial para observar tanto la actividad del gen como la de la proteína que fabrica en células pancreáticas humanas para comprender mejor el gen.
Este método permite vincular el comportamiento dinámico de las células pancreáticas, que pudo observarse en grabaciones en directo, con todos los genes que producen. Esto ayuda a comprender mejor cómo se desarrollan las células productoras de hormonas del páncreas. Esto podría allanar el camino para obtener más de estas células con fines terapéuticos, por ejemplo para la producción y el trasplante de estas células en pacientes que sufren diabetes.
Las diferentes células del páncreas controlan nuestro azúcar en sangre, como las células beta que producen insulina. La insulina ayuda a reducir nuestro nivel de azúcar en sangre. Cuando estas células dejan de funcionar o mueren, podemos padecer diabetes. A medida que nuestro cuerpo crece, todas estas células especiales se originan a partir de un único tipo celular en el páncreas, el precursor endocrino del páncreas. Este tipo de célula sólo utiliza un gen llamado NEUROG3 durante un breve periodo de tiempo para realizar su trabajo.
El grupo de investigación de Anne Grapin-Botton, directora gerente del MPI-CBG de Dresde, junto con colegas de la Fundación Novo Nordisk de la Universidad de Copenhague, se ha fijado el objetivo de estudiar con más detalle estas células especiales del páncreas que utilizan el gen NEUROG3 y comprender cómo se comporta este gen en las células individuales.
“Utilizamos etiquetas especiales para ver el NEUROG3 en estas células. Esto nos permitió observar en imágenes en directo cómo se mueven las células durante un periodo de tiempo más largo”, explica Belin Selcen Beydag-Tasöz, primera autora del estudio, y continúa: “Al observar modelos en 2-D y 3-D del páncreas humano, descubrimos que la concentración del gen NEUROG3 era diferente en las distintas células. Algunas células tenían mucha cantidad de este gen, otras sólo un poco. Sorprendentemente, a pesar de estas diferencias, todas las células en las que NEUROG3 era detectable formaban células que producían hormonas. Otro resultado sorprendente fue que el NEUROG3 funciona unas dos veces más despacio en los humanos que en los ratones. Esto significa que este gen necesita más tiempo para hacer su trabajo en humanos que en ratones”.
Los investigadores utilizaron el método de la imagen en vivo a largo plazo para observar un proceso que normalmente permanece oculto en el útero. El brillo de las células les ayudó a combinar la actividad de los genes con el comportamiento de las células. De este modo, el equipo de investigación descubrió que otro gen llamado KLK12 se encarga de que las células se desplacen para formar islas de Langerhans en cuanto el gen NEUROG3 empieza a funcionar.
Anne Grapin-Botton, que dirigió el estudio, resume: “Los sistemas de cultivo celular que hemos desarrollado para comprender cómo las células de los embriones humanos forman órganos están empezando a dar sus frutos. En nuestro estudio, hemos aprendido mucho más sobre cómo la actividad de ciertos genes durante el desarrollo embrionario puede conducir a la diabetes más adelante en la vida. Los resultados demuestran que cuando se fabrican células endocrinas para futuras aplicaciones terapéuticas, en las que estas células se trasplantan a pacientes diabéticos, se dispone de cierta flexibilidad en cuanto al control de NEUROG3.”
Beydag-Tasöz et al, Célula del desarrollo, MPI-CBG
Publicación original:
Belin Selcen Beydag-Tasöz, Joyson Verner D’Costa, Lena Hersemann, Byung Ho Lee, Federica Luppino, Yung Hae Kim, Christoph Zechner, Anne Grapin-Botton: Integrating single-cell imaging and RNA sequencing datasets links differentiation and morphogenetic dynamics of human pancreatic endocrine progenitors, Developmental Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.07.019.
