Published December 2, 2020 | Version v1
Publication Open

Heterogeneous expression of CFTR in insulin-secreting β-cells of the normal human islet

  • 1. Wright State University
  • 2. Matrix Research (United States)
  • 3. Universidad Nacional Autónoma de México
  • 4. Pacific Northwest Diabetes Research Institute
  • 5. Instituto Nacional de Pediatria
  • 6. University of Dhaka

Description

Cystic fibrosis (CF) is due to mutations in the CF-transmembrane conductance regulator (CFTR) and CF-related diabetes (CFRD) is its most common co-morbidity, affecting ~50% of all CF patients, significantly influencing pulmonary function and longevity. Yet, the complex pathogenesis of CFRD remains unclear. Two non-mutually exclusive underlying mechanisms have been proposed in CFRD: i) damage of the endocrine cells secondary to the severe exocrine pancreatic pathology and ii) intrinsic β-cell impairment of the secretory response in combination with other factors. The later has proven difficult to determine due to low expression of CFTR in β-cells, which results in the general perception that this Cl-channel does not participate in the modulation of insulin secretion or the development of CFRD. The objective of the present work is to demonstrate CFTR expression at the molecular and functional levels in insulin-secreting β-cells in normal human islets, where it seems to play a role. Towards this end, we have used immunofluorescence confocal and immunofluorescence microscopy, immunohistochemistry, RT-qPCR, Western blotting, pharmacology, electrophysiology and insulin secretory studies in normal human, rat and mouse islets. Our results demonstrate heterogeneous CFTR expression in human, mouse and rat β-cells and provide evidence that pharmacological inhibition of CFTR influences basal and stimulated insulin secretion in normal mouse islets but not in islets lacking this channel, despite being detected by electrophysiological means in ~30% of β-cells. Therefore, our results demonstrate a potential role for CFTR in the pancreatic β-cell secretory response suggesting that intrinsic β-cell dysfunction may also participate in the pathogenesis of CFRD.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يرجع التليف الكيسي (CF) إلى الطفرات في منظم التوصيل عبر الغشاء (CFTR) ومرض السكري المرتبط بالتليف الكيسي (CFRD) هو أكثر الأمراض المشتركة شيوعًا، مما يؤثر على حوالي50 ٪ من جميع مرضى التليف الكيسي، مما يؤثر بشكل كبير على الوظيفة الرئوية وطول العمر. ومع ذلك، لا يزال التسبب المعقد لـ CFRD غير واضح. تم اقتراح آليتين أساسيتين غير حصريتين بشكل متبادل في CFRD: 1) تلف خلايا الغدد الصماء الثانوية لأمراض البنكرياس الخارجية الشديدة و 2) ضعف الخلايا بيتا الداخلية للاستجابة الإفرازية بالاقتران مع عوامل أخرى. وقد ثبت في وقت لاحق صعوبة تحديد بسبب انخفاض التعبير عن CFTR في خلايا β، مما يؤدي إلى التصور العام بأن هذه القناة Cl لا تشارك في تعديل إفراز الأنسولين أو تطوير CFRD. الهدف من العمل الحالي هو إظهار تعبير CFTR على المستويين الجزيئي والوظيفي في خلايا β المفرزة للأنسولين في الجزر البشرية العادية، حيث يبدو أنه يلعب دورًا. ولتحقيق هذه الغاية، استخدمنا الفحص المجهري للتألق المناعي المتحد البؤر والتألق المناعي، والكيمياء النسيجية المناعية، و RT - QPCR، والنشاف الغربي، وعلم الصيدلة، والفيزيولوجيا الكهربية، ودراسات إفراز الأنسولين في الجزر الطبيعية للإنسان والجرذان والفئران. تُظهر نتائجنا تعبير CFTR غير المتجانس في خلايا بيتا البشرية والفأرية والجرثومية وتقدم دليلًا على أن التثبيط الدوائي لـ CFTR يؤثر على إفراز الأنسولين الأساسي والمحفز في جزر الفئران العادية ولكن ليس في الجزر التي تفتقر إلى هذه القناة، على الرغم من اكتشافه بالوسائل الفيزيولوجية الكهربائية في حوالي30 ٪ من خلايا بيتا. لذلك، تظهر نتائجنا دورًا محتملاً لـ CFTR في استجابة إفراز خلايا بيتا في البنكرياس مما يشير إلى أن الخلل الوظيفي الداخلي لخلية بيتا قد يشارك أيضًا في التسبب في مرض CFRD.

Translated Description (French)

La mucoviscidose (FK) est due à des mutations du régulateur de la conductance transmembranaire de la FK (CFTR) et le diabète lié à la FK (CFRD) est sa comorbidité la plus fréquente, affectant ~50 % de tous les patients atteints de FK, influençant de manière significative la fonction pulmonaire et la longévité. Pourtant, la pathogenèse complexe de CFRD reste incertaine. Deux mécanismes sous-jacents non mutuellement exclusifs ont été proposés dans CFRD : i) lésion des cellules endocrines secondaire à la pathologie pancréatique exocrine sévère et ii) altération intrinsèque des cellules β de la réponse sécrétoire en combinaison avec d'autres facteurs. Ce dernier s'est avéré difficile à déterminer en raison de la faible expression de CFTR dans les cellules β, ce qui entraîne la perception générale que ce canal Cl ne participe pas à la modulation de la sécrétion d'insuline ou au développement de CFRD. L'objectif du présent travail est de démontrer l'expression du CFTR aux niveaux moléculaire et fonctionnel dans les cellules β sécrétrices d'insuline dans les îlots humains normaux, où il semble jouer un rôle. À cette fin, nous avons utilisé l'immunofluorescence confocale et la microscopie à immunofluorescence, l'immunohistochimie, la RT-qPCR, le transfert Western, la pharmacologie, l'électrophysiologie et les études de sécrétion d'insuline dans des îlots humains, de rats et de souris normaux. Nos résultats démontrent une expression hétérogène de CFTR dans les cellules β humaines, de souris et de rat et fournissent la preuve que l'inhibition pharmacologique de CFTR influence la sécrétion basale et stimulée d'insuline dans les îlots normaux de souris mais pas dans les îlots dépourvus de ce canal, bien qu'elle soit détectée par des moyens électrophysiologiques dans ~30% des cellules β. Par conséquent, nos résultats démontrent un rôle potentiel du CFTR dans la réponse sécrétoire des cellules β pancréatiques, ce qui suggère que le dysfonctionnement intrinsèque des cellules β peut également participer à la pathogenèse du CFRD.

Translated Description (Spanish)

La fibrosis quística (FQ) se debe a mutaciones en el regulador de la conductancia transmembrana de la FQ (CFTR) y la diabetes relacionada con la FQ (CFRD) es su comorbilidad más común, que afecta a ~50% de todos los pacientes con FQ, lo que influye significativamente en la función pulmonar y la longevidad. Sin embargo, la patogénesis compleja de la CFRD sigue sin estar clara. Se han propuesto dos mecanismos subyacentes no mutuamente excluyentes en CFRD: i) daño de las células endocrinas secundario a la patología pancreática exocrina grave y ii) deterioro intrínseco de las células β de la respuesta secretora en combinación con otros factores. Este último ha demostrado ser difícil de determinar debido a la baja expresión de CFTR en las células β, lo que da como resultado la percepción general de que este canal de Cl no participa en la modulación de la secreción de insulina o en el desarrollo de CFRD. El objetivo del presente trabajo es demostrar la expresión de CFTR a nivel molecular y funcional en células β secretoras de insulina en islotes humanos normales, donde parece desempeñar un papel. Con este fin, hemos utilizado estudios de inmunofluorescencia confocal e inmunofluorescencia microscópica, inmunohistoquímica, RT-qPCR, transferencia Western, farmacología, electrofisiología y secreción de insulina en islotes humanos, de rata y de ratón normales. Nuestros resultados demuestran la expresión heterogénea de CFTR en células β humanas, de ratón y de rata y proporcionan evidencia de que la inhibición farmacológica de CFTR influye en la secreción de insulina basal y estimulada en islotes normales de ratón, pero no en islotes que carecen de este canal, a pesar de ser detectado por medios electrofisiológicos en ~30% de las células β. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran un papel potencial de CFTR en la respuesta secretora de células β pancreáticas, lo que sugiere que la disfunción intrínseca de las células β también puede participar en la patogénesis de CFRD.

Files

journal.pone.0242749&type=printable.pdf

Files (5.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e6a21dd94396ada4a0a9375aee41d730
5.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التعبير غير المتجانس عن CFTR في خلايا بيتا المفرزة للأنسولين في الجزيرة البشرية الطبيعية
Translated title (French)
Expression hétérogène de CFTR dans les cellules β sécrétant de l'insuline de l'îlot humain normal
Translated title (Spanish)
Expresión heterogénea de CFTR en células β secretoras de insulina del islote humano normal

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3109501881
DOI
10.1371/journal.pone.0242749

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W130424176
  • https://openalex.org/W1489292216
  • https://openalex.org/W1510427588
  • https://openalex.org/W1832356791
  • https://openalex.org/W1993991325
  • https://openalex.org/W2030600480
  • https://openalex.org/W2030819680
  • https://openalex.org/W2039110481
  • https://openalex.org/W2059516713
  • https://openalex.org/W2064397275
  • https://openalex.org/W2090607771
  • https://openalex.org/W2097063987
  • https://openalex.org/W2101881248
  • https://openalex.org/W2102361775
  • https://openalex.org/W2102782562
  • https://openalex.org/W2103920106
  • https://openalex.org/W2111187716
  • https://openalex.org/W2114854928
  • https://openalex.org/W2128110172
  • https://openalex.org/W2128867464
  • https://openalex.org/W2142328753
  • https://openalex.org/W2146114441
  • https://openalex.org/W2147821592
  • https://openalex.org/W2149605836
  • https://openalex.org/W2161802904
  • https://openalex.org/W2170305758
  • https://openalex.org/W2474710707
  • https://openalex.org/W2498257067
  • https://openalex.org/W2523369352
  • https://openalex.org/W2528194947
  • https://openalex.org/W2592529564
  • https://openalex.org/W2592847274
  • https://openalex.org/W2611200112
  • https://openalex.org/W2738293628
  • https://openalex.org/W2755253730
  • https://openalex.org/W2769097325
  • https://openalex.org/W2772262575
  • https://openalex.org/W2773794717
  • https://openalex.org/W2775731768
  • https://openalex.org/W2787507812
  • https://openalex.org/W2791388617
  • https://openalex.org/W2799730927
  • https://openalex.org/W2802569467
  • https://openalex.org/W2803108876
  • https://openalex.org/W2886347923
  • https://openalex.org/W2985266424
  • https://openalex.org/W2991267152
  • https://openalex.org/W3006025691
  • https://openalex.org/W4233502188
  • https://openalex.org/W4241884576