Signalni molekuli u dijabetesu: identifikacija potencijalnih bioloških markera uključenih u modifikaciju i integraciju signalnih puteva u cilju predikcije i intervencije u dijabetesu #173020

Diabetes mellitus je kompleksan metabolički poremećaj koji se manifestuje u dva osnovna oblika, dijabetes tip 1 (DT1) i mnogo češći oblik, dijabetes tip 2 (DT2). Iako oba tipa dijabetesa imaju različite etiologije, oba karakteriše hiperglikemija zbog poremećene homeostaze glukoze. Hiperglikemija je posledica nedovoljne koncentracije insulina u krvi, što je slučaj u DT1, ili neosetljivosti ciljnih ćelija na delovanje insulina u DT2. U osnovi DT1 je autoimuno oboljenje koga karakteriše potpuni gubitak β ćelija pankreasa koje proizvode insulin. Nestanak β ćelija u DT1 odvija se relativno brzo u poređenju sa smanjenjem broja funkcionalnih β ćelija u DT2 koga karakteriše progresivan gubitak funkcionalnosti β ćelija i potepeno smanjenje njihovog broja. Razjašnjenje molekularnih mehanizama koji regulišu funkcionalnost β ćelija i patološke molekularne procese u dijabetesu, leži u osnovi paradigme za terapiju dijabetesa koja predviđa primenu strategija usmerenih na poboljšanje funkcionalnosti i vijabilnosti β ćelija supresijom citotoksičnih signalnih puteva i sprečavanjem aktivacije procesa ćelijske smrti. Istraživanja Odeljenja za molekularnu biologiju fokusirana su na β ćelije, kao i na hepatocite i kardiomiocite u kontekstu dijabetičnih komplikacija. Eksperimentalni sistemi koje koristimo su in vivo model streptozotocinom (STZ)-indukovanog dijabetesa kod laboratorijskih pacova i in vitro modeli bazirani na različitim kulturama ćelijskih linija.

Potprojekat: Genetska predispozicija za razvoj dijabetesa tip 1 i novi pristupi u prevenciji disfunkcije beta-ćelija u dijabetesu: izučavanje puteva prenosa signala posredovanih CXCL12

Rukovodilac potprojekta: dr Melita Vidaković, naučni savetnik

Osnovni cilj ovog istraživačkog pravca jeste ispitivanje specifičnog odgovora β ćelija na hemokin CXCL12 i druge signalne medijatore koji stimulišu preživljavanje i proliferaciju ćelija. CXCL12 je vanćelijski medijator sa hemotaktičkim i angiogenim aktivnostima koji svoje delovanje ostvaruje interakcijom sa specifičnim receptorom. CXCL12 stimuiliše fosfatidilinozitol 3-kinaza/Akt signalni put i opstanak ćelija modulacijom nizvodnog puta transdukcije signala. Dalje, pokazano je da povreda β ćelija indukuje ekspresiju gena za CXCL12. Sekretovani CXCL12 izaziva u pankreasu dediferencijaciju α ćelija u pro-α ćelije koje sintetišu GLP-1 i njegov receptor, što dovodi do transdiferencijacije pro-α ćelija u β ćelije. Ovaj proces predstavlja potencijalnu strategiju u tretmanu DT1. Publikovani rezultati istraživanja iz našeg odeljenja dokumentovali su efekat CXCL12 na β ćelije koji se manifestuje uvećanjem rezistencije na dijabetogene stimuluse i ekspresijom proliferativnog fenotipa. Deo naših istraživanja obuhvata izučavanje enzima PARP-1 kao važnog signalizatora DNK oštećenja, transkripcionog regulatora i biološkog markera ćelijske homeostaze, u kontekstu komunikacije PARP-1 i CXCL12. Istraživanja molekularnih mehanizama regulacije ekspresije gena za CXCL12 u β ćelijama pankreasa pacova uključuju identifikaciju genskih modulatornih proteina kao i epigenetskih mehanizama. Takođe se izučavaju molekularni mehanizmi delovanja različitih prirodnih proizvoda u odbrani β ćelija od dijabetogenih stimulusa in vitro i in vivo.

Trenutna istraživanja

  • Analiza profila DNK metilacije promotora gena za CXCL12 i prvog introna u β ćelijama pankreasa tokom prve četiri nedelja razvoja dijabetesa izazvanog injeciranjem STZ kod pacova.
  • Uticaj odabranih sintetskih inhibitora enzimatske aktivnosti PARP-1 na metilacioni profil promotora i prvog intronskog regiona gena za CXCL12. Naši preliminarni rezultati su pokazali da neka od ovih jedinjenja indukuju pad metilacije CpG.
  • Skrining studija, ispitivanje sposobnosti molekula iz epigenetske biblioteke (Epigenetic Compound Library (ECL-COST-TD0905)) da inhibiraju DNK metiltrasferazu 1 (DNMT1).


Potprojekat: Ekspresija i signalne uloge proteina HMGB1 u dijabetičnoj jetri

Rukovodilac potprojekta: dr Ilijana Grigorov, naučni savetnik

Jetra, kao jedan od ciljnih organa delovanja insulina, zauzima važno mesto u regulaciji homeostaze glukoze. Hipoinsulinemija i hiperglikemija u DT1 uzrokuju pojavu metaboličkog i oksidativnog stresa koji dovode do progresivne disfunkcije hepatocita, oštećenja i oboljenja jetre. Protein HMGB1 prvobitno je okarakterisan kao DNK-vezujući protein sa ulogom u organizaciji hromatinske strukture i u transkripciji. Međutim, HMGB1 može biti prisutan u vanćelijskoj sredini gde ima ulogu proinflamatornog citokina i aktivatora imunog sistema. U vanćelijsku sredinu HMGB1 dospeva pasivno iz nekrotskih i oštećenih ćelija, iz ćelija izloženih dejstvu oksidativnog stresa i drugih stresogenih signala, ili regulisanom sekrecijom iz aktiviranih imunih ćelija. Naša radna hipoteza zasnovana je na predpostavci da je HMGB1 važan parakrini medijator disfunkcije jetre koju u DT1 uspostavlja začarani krug hroničnog otpuštanja HMGB1 iz hepatocita usled delovanja egzogenih i endogenih stresogenih signala, u koje spada i sam HMGB1. Na in vivo modelu DT1 potprojekat ispituje dinamičnu eksprimiranost HMGB1 u hepatocitama i njegovu ulogu u mehanizmima senzitivizacije hepatocita na dejstvo stresornih stimulusa koji vode ka disfunkciji jetre kao posledica izmenjene funkcionalnosti hepatocita ili njihove destrukcije. Izučavaju se potencijalni pozitivni efekti suplementacije hormonom melatoninom koji poseduje veoma izraženu antioksidativnu aktivnost. Izučavaju se i molekularni procesi koji leže u osnovi razvoja komplikacija u dijabetesu kao što je dijabetična kardiomiopatija.

Trenutna istraživanja

  • Uticaj oksidativnog stresa u dijabetesu na ekspresiju, sub-ćelijsku lokalizaciju post-translacione modifikacije (acetilacija, O-GlcNAc glikozilacija, fosforilacija) HMGB1 u jetri pacova.
  • Utvrđivanje korelacije između dinamičnih promena koncentracija HMGB1 u serumu i jetri u dijabetesu, sa nastankom i razvojem disfunkcije jetre, inflamatornog stanja i aktivacije apoptoze i autofagije.
  • Izučavanje molekularnih mehanizama (sa naglaskom na O-GlcNaC glikozilaciju NF-κB) odgovornih za regulaciju izmenjene ekspresije gena za haptoglobin u dijabetesu.