Rheb1和Grb10基因对胰岛β细胞功能影响及mTOR信号通路调控的机制研究

We have reported for the first time that pancreas-specific knockout of the Grb10 gene led to increased pancreatic β cell proliferation and insulin secretion (Zhang et al. (2012) Diabetes 61(12): 3189-98）. However, the underlying mechanisms remain unknown. We found that ablation of Grb10 in pancreas led to increased insulin and mTOR signaling（Zhang et al. (2012) Diabetes 61(12): 3189-98）. Taken together with the finding that mTOR signaling stimulated pancreatic β cells proliferation and insulin secretion（Rachdi et al. (2008) Proc Natl Acad Sci USA 105:9250-9255）, we hypothesize that Grb10 is a key negative regulator of mTOR signaling in β cells and diminishing the negative regulation of Grb10 on mTOR signaling could be the mechanism underlying the enhanced proliferation and insulin secretion in β cells. In this project, we will determine if pancrecatic β cell-specific knockout of Rheb1, an upstream activator of the mTORC1 signaling pathway (Tabancay et al. (2003) J Biol Chem 278(41): 39921-39930), diminishes the stimulatory effect of Grb10 in β cell proliferation and insulin secretion. We believed that our study will provide important information on the mechanism of pancreatic β cell function and mTOR signaling, which could reveal new strategy and new drug targets for the clinical treatment of diabetes.

我们最近在国际上首次报导胰腺组织特异性敲除生长因子受体结合蛋白10（Grb10）导致小鼠胰岛β细胞增殖及胰岛素分泌显著增强，作用机制仍不清楚(Zhang et al.(2012)Diabetes)。我们发现敲除Grb10导致β细胞mTOR信号通路明显增加。结合已有报道mTOR信号通路促进β细胞增殖和胰岛素分泌，我们推测Grb10可能是mTOR信号通路的关键负调控因子，而解除β细胞Grb10对mTOR信号通路的负调控为β细胞增殖及胰岛素分泌增加的重要分子机制。Rheb1是mTORC1直接正调控因子，本项目在国际上首次应用胰岛β细胞特异性Rheb1基因敲除小鼠及β细胞特异性Rheb1/Grb10双基因敲除小鼠对这个科学假说进行探讨。该模型不仅研究mTOR信号通路，更重要是探讨mTOR信号通路介导Grb10在β细胞的功能。其结果将明确β细胞mTOR信号通路调控新机制，为糖尿病治疗和预防提供新思路

本研究课题是已结题青年基金的延续和升华，聚焦于mTORC1上游重要正调控因子Rheb1 （Ras Homolog Enriched in Brain 1）以及mTORC1重要负调控因子--生长因子受体结合蛋白10 （Growth factor receptor binding protein-10， Grb10）。 我们前期研究在国际上首次报导胰腺组织特异性敲除Grb10导致小鼠胰岛β细胞增殖及胰岛素分泌显著增强，并发现敲除Grb10导致β细胞insulin和mTOR信号通路明显增加。我们发现Rheb1蛋白促进胰岛细胞增殖，但其作用机制并不清楚。我们的课题的研究目标是：1）明确mTORC1信号通路对胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌的作用及机制；2）明确Grb10敲除对于胰岛β细胞的保护作用是否主要通过激活mTORC1信号通路而达到；3）在胰腺组织特异性敲除mTORC1上游重要正调控因子Rheb1，是否能降低通过敲除Grb10促进的胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌的作用。本课题基本按原计划实验进行，未作重大原则性修改。在课题顺利进展和逐步完成的基础上，我们也进行了新的实验设计和研究。本项目在国际上首次应用胰岛β细胞特异性Rheb1基因敲除小鼠及β细胞特异性Rheb1/Grb10双基因敲除小鼠明确了mTORC1信号通路在胰岛β细胞中的正向调控作用，更重要的是明确了mTOR信号通路介导Grb10在β细胞的功能，为糖尿病的预防和治疗提供新的依据和靶点。