Expressão gênica em larga escala da via de sinalização da insulina em células das ilhotas pancreáticas de filhas de ratas diabéticas

RESUMO CAPÍTULO 1 Contexto: O Diabetes mellitus tipo 2 (DM2) é uma doença crônica com alta prevalência e impacto econômico, cuja patogênese envolve resistência à insulina e disfunção das células beta (β) pancreáticas. Estudos têm utilizado técnicas moleculares para investigar profundamente os mecanismos moleculares envolvidos no desenvolvimento e progressão do DM2, porém muitas dessas abordagens ainda não foram exploradas no contexto do pâncreas endócrino. Objetivo: Revisar e avaliar sistematicamente as evidências fornecidas por estudos experimentais e clínicos que investigam os efeitos do diabetes no perfil transcriptômico do pâncreas endócrino. Fontes de dados: Foi realizada uma busca sistemática na literatura nas bases de dados PubMed (MEDLINE), EMBASE, Web of Science e CINAHL (Índice Cumulado de Literatura de Enfermagem e Saúde Aliada). Extração de dados: As características do estudo, incluindo delineamento, população, intervenção, desfecho e risco de viés, foram analisadas. Análise de dados: Dois artigos foram incluídos em uma revisão sistemática. Devido à heterogeneidade metodológica dos estudos incluídos e à natureza qualitativa dos desfechos avaliados, uma meta-análise não foi possível. Os desfechos dos estudos incluídos abrangeram a análise da expressão gênica em diferentes contextos experimentais e clínicos, usando técnicas transcriptômicas como qPCR e sequenciamento de célula única. Em ratos Wistar alimentados com uma dieta rica em gordura e frutose (HFHF), houve expressão reduzida de GCG em células alfa; INS1 e RBP4 em células beta, e PPY e PYY em células PP. Uma expressão aumentada de PDX1 e SLC2A2 em células alfa e beta pancreáticas, e INS1 em células alfa foi observada nesses animais em comparação ao grupo controle. No estudo humano, baixa expressão do gene GPRC5C foi identificada em indivíduos diabéticos em comparação aos controles, independentemente do sexo. Conclusão: A disfunção das células das ilhotas no DM2 pode estar relacionada a alterações na expressão de genes como GCG, PPY, PYY, SLC2A2, INS1, PDX1, Rbp4 e GPRC5C. Registro de Revisão Sistemática: Número de Registro PROSPERO CRD42024599127.

Resumo (inglês)

ABSTRACT CHAPTER 1 Background: Type 2 Diabetes mellitus (T2DM) is a chronic disease with high prevalence and economic impact, whose pathogenesis involves insulin resistance and pancreatic beta (β)-cell dysfunction. Studies have used molecular techniques to deeply investigate the molecular mechanisms involved in the T2DM development and progression, nevertheless many of these approaches have not yet been explored in the context of the endocrine pancreas. Objective: To systematically review and evaluate the evidence provided by experimental and clinical studies investigating the effects of diabetes on the transcriptomic profile of the endocrine pancreas. Data Source: A systematic literature search of PubMed (MEDLINE), EMBASE, Web of Science, and CINAHL (Cumulated Index to Nursing and Allied Health Literature) was carried out. Data Extraction: Study characteristics, including study design, population, intervention, outcome, and risk of bias, were analyzed. Data Analysis: Two articles were included in a systematic review. Due to the methodological heterogeneity of the included studies and the qualitative nature of the outcomes evaluated, a meta-analysis was not possible. The outcomes of the included studies covered gene expression analysis in different experimental and clinical contexts, using transcriptomic techniques such as qPCR and single-cell sequencing. In Wistar rats fed a high-fat-high fructose diet (HFHF), there was reduced expression of GCG in alpha cells; INS1 and RBP4 in beta cells, and PPY and PYY in PP cells. An increased expression of PDX1 and SLC2A2 in pancreatic alpha and beta cells, and INS1 in alpha cells was observed in these animals compared to the control group. In the human study, low expression of the GPRC5C gene was identified in diabetic individuals compared to controls, regardless of sex. Conclusion: Islet cell dysfunction in T2DM may be related to changes in the expression of genes such as GCG, PPY, PYY, SLC2A2, INS1, PDX1, Rbp4, and GPRC5C. Systematic Review Registration: PROSPERO Registration Number CRD42024599127. Keywords: diabetes, islet cells, pancreas, transcriptomics, gene expression.

Resumo (português)

RESUMO CAPÍTULO 2 Introdução: O funcionamento da via de sinalização da insulina é essencial para o controle metabólico da glicose. Disfunções nesta via, associadas à resistência à insulina, contribuem para o desenvolvimento do Diabete mellitus tipo 2 (DM2). Além das diversas repercussões do DM2, a hiperglicemia materna pode afetar seus descendentes, promovendo intolerância à glicose, resistência à insulina e alterações no perfil de expressão gênica relacionado à sinalização insulínica. Considerando que o diabete causa alteração no perfil de expressão gênica, há a necessidade de identificar os genes diferencialmente expressos para estudar e entender os mecanismos fisiopatológicos envolvidos nas repercussões nas ilhotas pancreáticas de descendentes usando modelos de animais de laboratório. Objetivo: Analisar o perfil da expressão gênica em larga escala da via de sinalização da insulina de células das ilhotas pancreáticas de ratas diabéticas e filhas de ratas diabéticas, comparando com os resultados de ratas não diabéticas (controle). Materiais e método: Ratas fêmeas da linhagem Sprague-Dawley foram submetidas à indução do diabete pela administração de Streptozotocin (grupo Dmod) ou tampão citrato (grupo Controle) na fase neonatal e, após confirmação do diabete na vida adulta, as ratas foram acasaladas para obtenção de descendentes, as quais foram avaliadas na vida adulta (grupo Fdmod). Aos 120 dias de vida, ratas-mães diabéticas e filhas de diabéticas adulta foram anestesiadas para serem submetidas à laparotomia para coleta do pâncreas e isolamento das ilhotas pancreáticas. O RNA foi extraído das ilhotas pancreáticas e o perfil de transcritos foi avaliado pela técnica de microarray. O projeto foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais da Faculdade de Medicina de Botucatu/Unesp (Protocolo Número: 1461/2024). Resultados: Ao se avaliar os DEGs em comum entre Dmod e Fdmod, foram encontrados 1.168 genes compartilhados, majoritariamente superexpressos (1.144). A análise de enriquecimento funcional (GO) revelou processos comuns entre os grupos, como processamento proteico no retículo endoplasmático, ribossomos, além de vias associadas a doenças neurodegenerativas e COVID-19. Notavelmente, tanto ratas diabéticas quanto suas descendentes apresentaram superexpressão de genes na via de sinalização da insulina, abrangendo desde o receptor de insulina (INSR) até componentes dos eixos PI3K/AKT (AKT1, CALM1, FBP1, PP1, PRKC1, PKA) e MAPK (NRAS, MAPK3, MAPK9, ARAF, GRB2, MNK). Conclusão: A análise da expressão gênica de ratas diabéticas e descendentes de ratas diabéticas indicou que há diferença na expressão de genes associados à sinalização da insulina, sugerindo um possível impacto intergeracional do diabete materno sobre a regulação de genes específicos. Palavras-chave: diabete, pâncreas endócrino, expressão gênica, programação fetal, ratas.

Resumo (inglês)

ABSTRACT CHAPTER 2 Introduction: The insulin signaling pathway is essential for glucose metabolic control. Dysfunctions in this pathway, associated with insulin resistance, contribute to the development of type 2 diabetes mellitus (T2DM). In addition to the various repercussions of T2DM, maternal hyperglycemia can affect offspring, promoting glucose intolerance, insulin resistance, and alterations in the gene expression profile related to insulin signaling. Considering that diabetes causes alterations in the gene expression profile, there is a need to identify differentially expressed genes to study and understand the pathophysiological mechanisms involved in the repercussions on the pancreatic islets of offspring using laboratory animal models. Objective: To analyze the large-scale gene expression profile of the insulin signaling pathway in pancreatic islet cells from diabetic rats and offspring of diabetic rats, comparing them with results from non-diabetic rats (control). Materials and methods: Female Sprague-Dawley rats underwent diabetes induction by administration of Streptozotocin (Dmod group) or citrate buffer (Control group) in the neonatal phase. After confirmation of diabetes in adulthood, the rats were mated to obtain offspring, which were evaluated in adulthood (Fdmod group). At 120 days of age, diabetic rats and offspring of adult diabetic rats were anesthetized and underwent laparotomy for pancreatic collection and isolation of pancreatic islets. RNA was extracted from pancreatic islets, and the transcript profile was evaluated using microarray. The project was approved by the Animal Use Ethics Committee of the Botucatu School of Medicine/UNESP (Protocol Number: 1461/2024). Results: When evaluating the DEGs common to Dmod and Fdmod, 1,168 shared genes were found, most of which were overexpressed (1,144). Functional enrichment (GO) analysis revealed common processes between the groups, such as protein processing in the endoplasmic reticulum and ribosomes, as well as pathways associated with neurodegenerative diseases and COVID-19. Notably, both diabetic rats and their offspring showed overexpression of genes in the insulin signaling pathway, ranging from the insulin receptor (INSR) to components of the PI3K/AKT (AKT1, CALM1, FBP1, PP1, PRKC1, PKA) and MAPK (NRAS, MAPK3, MAPK9, ARAF, GRB2, MNK) axes. Conclusion: Gene expression analysis of diabetic rats and offspring of diabetic rats indicated differences in the expression of genes associated with insulin signaling, suggesting a possible intergenerational impact of maternal diabetes on the regulation of specific genes. Keywords: diabetes, endocrine pancreas, gene expression, fetal programming, rats.

Palavras-chave

Diabete, Pâncreas endócrino, Expressão gênica, Programação fetal, Ratas

Idioma

Inglês

Citação

GOMES, Maria Eduarda Picolo. Expressão gênica em larga escala da via de sinalização da insulina em células das ilhotas pancreáticas de filhas de ratas diabéticas. 2025. Dissertação (Mestrado em Tocoginecologia) - Faculdade de Medicina, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2025