La neurogenina 3 (NEUROG3), la cui mutazione può portare al diabete, è attiva solo per un breve periodo di tempo durante lo sviluppo del pancreas, motivo per cui il suo comportamento e le sue dinamiche, soprattutto nel contesto dello sviluppo umano, erano in precedenza poco chiari. I ricercatori del Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresda e della Fondazione Novo Nordisk dell’Università di Copenaghen hanno ora utilizzato un metodo speciale per osservare sia l’attività del gene che la proteina che si forma nelle cellule pancreatiche umane, per comprendere meglio il gene.
Questo metodo permette di collegare il comportamento dinamico delle cellule pancreatiche, che può essere osservato nelle registrazioni dal vivo, con tutti i geni che producono. Questo aiuta a capire meglio come si sviluppano le cellule del pancreas che producono ormoni. Questo potrebbe aprire la strada all’ottenimento di un maggior numero di queste cellule per scopi terapeutici, ad esempio per la produzione e il trapianto di queste cellule nei pazienti affetti da diabete.
Le diverse cellule del pancreas controllano la nostra glicemia, come le cellule beta che producono insulina. L’insulina aiuta a ridurre gli zuccheri nel sangue. Quando queste cellule smettono di funzionare o muoiono, possiamo ammalarci di diabete. Durante la crescita del nostro corpo, tutte queste cellule speciali hanno origine da un unico tipo di cellula del pancreas, il precursore endocrino del pancreas. Questo tipo di cellula utilizza un gene chiamato NEUROG3 solo per un breve periodo di tempo per svolgere il suo lavoro.
Il gruppo di ricerca di Anne Grapin-Botton, Direttore Generale presso l’MPI-CBG di Dresda, insieme ai colleghi della Fondazione Novo Nordisk dell’Università di Copenaghen, si è posto l’obiettivo di studiare più dettagliatamente queste cellule speciali del pancreas che utilizzano il gene NEUROG3 e di capire come questo gene si comporta nelle singole cellule.
“Abbiamo usato etichette speciali per vedere NEUROG3 in queste cellule. Questo ci ha permesso di osservare nelle immagini dal vivo come si muovono le cellule in un periodo di tempo più lungo”, spiega Belin Selcen Beydag-Tasöz, prima autrice dello studio, e continua: “Osservando i modelli 2-D e 3-D del pancreas umano, abbiamo scoperto che la concentrazione del gene NEUROG3 era diversa nelle varie cellule. Alcune cellule avevano una grande quantità di questo gene, altre solo un po’. Sorprendentemente, nonostante queste differenze, tutte le cellule in cui il NEUROG3 era rilevabile formavano cellule che producevano ormoni. Un altro risultato sorprendente è stato che NEUROG3 funziona circa due volte più lentamente negli esseri umani che nei topi. Ciò significa che questo gene ha bisogno di più tempo per svolgere il suo lavoro negli esseri umani che nei topi”.
I ricercatori hanno utilizzato il metodo dell’imaging dal vivo a lungo termine per osservare un processo che normalmente rimane nascosto nell’utero. La luminosità delle cellule li ha aiutati a combinare l’attività dei geni con il comportamento delle cellule. In questo modo, il team di ricerca ha scoperto che un altro gene chiamato KLK12 assicura che le cellule si muovano per formare le isole di Langerhans non appena il gene NEUROG3 inizia a funzionare.
Anne Grapin-Botton, che ha guidato lo studio, riassume: “I sistemi di coltura cellulare che abbiamo sviluppato per capire come le cellule degli embrioni umani formano gli organi stanno iniziando a dare i loro frutti. Nel nostro studio, abbiamo imparato molto di più su come l’attività di alcuni geni durante lo sviluppo embrionale può portare al diabete più tardi nella vita. I risultati mostrano che quando si producono cellule endocrine per future applicazioni terapeutiche, in cui queste cellule vengono trapiantate in pazienti diabetici, si ha una certa flessibilità in termini di controllo di NEUROG3”.
Beydag-Tasöz et al, Developmental Cell, MPI-CBG
Pubblicazione originale:
Belin Selcen Beydag-Tasöz, Joyson Verner D’Costa, Lena Hersemann, Byung Ho Lee, Federica Luppino, Yung Hae Kim, Christoph Zechner, Anne Grapin-Botton: L’integrazione di dati di imaging a singola cellula e di sequenziamento dell’RNA collega la differenziazione e le dinamiche morfogenetiche dei progenitori endocrini pancreatici umani, Developmental Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.07.019.
