Aspectos genéticos e celulares do diabetes mellitus tipo 1

Abstract

O Diabetes mellitus tipo 1 (DM1), na maioria dos casos, é causado pela destruição de células β pancreáticas, levando à hiperglicemia. Atualmente a única fonte de novas células β e os únicos tratamentos capazes de restaurar o padrão fisiológico de secreção de insulina nesses pacientes são o transplante de pâncreas e de ilhotas pancreáticas. O transplante de ilhotas apresenta problemas relacionados a enxertia, devido principalmente a baixa vascularização, o que leva à morte de células β nos primeiros dias pós-transplante. Células-tronco mesenquimais apresentam características interessantes para o tratamento do DM1. A primeira aplicação explorada nesse trabalho foi a capacidade de diferenciação de MSCs humanas e murinas em células produtoras de insulina (CPIs). A identidade das células isoladas foi confirmada pela caracterização imunofenotípica e pela capacidade de diferenciação adipogênica e osteogênica in vitro. Quatro protocolos de diferenciação em CPIs foram testados em MSCs derivadas de ilhotas pancreáticas e um em MSCs derivadas de rim murino. A análise da expressão gênica de insulina em células diferenciadas em todos os protocolos testados mostrou níveis insignificantes ou nulos de expressão desse hormônio. A segunda aplicação explorou o co-transplante de ilhotas pancreáticas com MSCs derivadas de rim em camundongos diabéticos. Os resultados mostraram aumento da taxa de cura e melhora na glicemia pós-transplante, bem como uma tendência ao aumento do conteúdo total de insulina em animais co-transplantados em comparação com animais que receberam apenas ilhotas. Não houve diferenças no peso e teste de tolerância à glicose entre os grupos. Foi observado aumento na vascularização do enxerto nos animais que receberam MSCs. Paralelamente, foi estudada a associação de variantes alélicas dos genes PTPN22, KIR, HLA classe I e II e a susceptibilidade ao desenvolvimento de DM1 em uma população do Rio Grande do Sul. Foi observada associação entre o alelo 1858T e o risco aumentado de DM1. A genotipagem do KIR e HLA-C mostrou uma frequência maior de alelos do grupo 2 do HLA-C em controles não diabéticos, bem como o genótipo 2DL1/C2+, sugerindo um papel protetor desse genótipo. Além disso, indivíduos com haplótipo KIR2DL2/DR3+ e KIR2DL2/DR3/DR4+ tem risco aumentado de desenvolvimento de DM1. MSCs parecem possuir baixa capacidade de diferenciação em células β in vitro, entretanto, possuem efeitos benéficos importantes quando cotransplantadas com ilhotas pancreáticas. Essa aplicação tem grande potencial e deveria ser testada em estudos clínicos com o objetivo de melhorar a enxertia e diminuir o número de ilhotas necessárias para cada paciente.

Type 1 Diabetes (DM1), in almost all the cases, is caused by the destruction of beta-cells by cells of the immune system, leading to hyperglycemia. The only source for new beta-cells available is through the pancreas and islet transplantation, two treatments able to restore insulin secretion pattern in this patients. Islet transplantation presents issues related to grafting, caused mainly by poor vascularisation post-transplant, leading to betacell death in the first days after transplantation. Mesenchymal stem cells have interesting characteristics to the treatment of DM1. The first application explored in this work was testing the capacity of differentiation of human and mouse MSCs into insulin-producing cells (CPIs). Identity of isolated cells was confirmed by immunophenotyping and potential of adipogenic and osteogenic differentiation in vitro. Four protocols were tested in human islet-derived MSCs and one in mouse kidney-derived MSCs to generate CPIs. Analysis of insulin expression in differentiated cells from all protocols showed no or very little expression levels of this hormone. The second application was to evaluate the role of MSCs in the co-transplantation with pancreatic islets in diabetes mice. Our results showed an increased number of cured mice and a decrease in glycemic levels post transplant in islet+MSCs group, as well as a tendency to an increase in total insulin content in islet+MSCs compared with islet-only group. No differences could be found in weight and intraperitoneal glucose tolerance test between groups. An increase in graft vascularisation was observed in MSCs-receiving animals. At the same time, we studied the association of allelic variants in PTPN22, KIR, HLA class I and II genes and its association with the developing of DM1. We reported and association of the 1858T allele and an increased risk of DM1. Genotyping shows an increased frequency of group 2 alleles (C2) of HLA-C in controls as well as the 2DL1/C2+ genotype, suggesting a protective role of this genotype. Moreover, individuals with KIR2DL2/DR3+ and KIR2DL2/DR3/DR4+ haplotypes have increased risk of developing DM1. MSCs seem to have low capacity of in vitro differentiation in a beta-cell phenotype, however, they exert important benefic effects when co-transplanted with pancreatic islets in diabetic mice. This application has great potential and should be tested in clinical trials aiming the improvement of islet grafting and decrease in the number of islets needed for transplantation.