SUMO化调控胰岛α细胞转分化为β细胞的作用及机制研究

Previous studies have shown that islet α cell has high plasticity. Under the specific condition of β cell loss of type 1 diabete (T1D), α cell can trans-differentiate into β cell in either spontaneous or induced manner. However, the underlying moleculor mechanisms are still to be fully characterised. Our in vitro preliminary studies suggest that enhancing the level of SUMOylation promotes the islet α-to-β-cell reprogramming under hyperglycemic condition. To investigate more deeply the role of SUMOylation in β cell regeneration, we intend to generate an inducible α cell-specific SUMO function enhancement mouse model. And to clarify the promotion effect of SUMOylation on the trans-differentiation of α cells to β cells in vivo. Finally, the applicants also intend to give an answer to the underlying molecular mechanisms. The main purpose is to identify the main SUMOylation target, which plays an important regulatory role in the regulation process. And thus, relying on those discovery, dynamic regulation of SUMO function -based medicine and therapy for T1D could be proposed in the near future.

现有研究表明胰岛α细胞具有高度的可塑性，在1型糖尿病（T1D）β细胞缺失的特定条件下，α细胞可自发或被诱导转分化为β细胞，但具体调控机制尚不明确。申报者在体外进行的前期实验发现，高糖刺激下，增强SUMO化修饰水平可促使胰岛α细胞向β细胞转分化。申报者拟以此为依据，建立诱导性α细胞SUMO化功能增强小鼠模型，明确在胰岛β细胞绝对缺乏的小鼠体内SUMO化修饰对α细胞向β细胞转分化的促进作用；探究在此过程中细胞内发挥重要调控作用的SUMO化修饰靶点；解析SUMO化调控α细胞转分化为β细胞的分子机制；为研发以动态调控SUMO功能为基础的治疗T1D策略提供新的思路和实验基础。

1型糖尿病（T1D）是以β细胞缺失而引起胰岛素绝对缺乏的自身免疫疾病，目前尚无有效治疗手段。T1D患者正面临着急慢性并发症发生率高、血糖达标率低和寿命低的严峻形势。因此，亟需研发有效治疗T1D的途径。既往研究发现，调控α细胞向β细胞转分化有望成为治疗T1D的新手段。本项目前期实验发现，高糖刺激增强SUMO化修饰水平可促使胰岛α细胞向β样细胞转分化。基于此，本项目主要研究（1）建立诱导型α细胞SUMO化功能增强小鼠模型，明确在胰岛β细胞绝对缺乏的小鼠体内SUMO化修饰对α细胞向β细胞转分化的促进作用；（2）利用原代胰岛α细胞探索SUMO化修饰促进其向β细胞转分化的靶位并解析相关机制。. 我们通过动物实验发现，STZ致小鼠胰岛β细胞绝对缺乏的情况下，诱导α细胞特异性高表达UBC9可促进其向具有胰岛素分泌功能β样细胞的转分化。另外，我们还发现通过促进α细胞向β样细胞转分化，可有效抑制STZ诱导的T1D发生。体外实验中，我们分离纯化了原代α细胞，经高糖刺激，行蛋白组学测序探索了受SUMO化修饰调控的靶蛋白。功能富集结果显示，在UBC9高表达细胞中，CCK蛋白的表达亦显著升高，而CCK是富集在胰岛素分泌途径的关键性差异蛋白。进一步的，我们利用CO-IP和Western blot确证了CCK蛋白表达与其SUMO化修饰水平呈正相关性。这些结果表明，SUMO化通过靶向CCK促进α细胞向β样细胞转分化，进而发挥治疗T1D的作用。. 综上，本项目，探索机体应对高糖刺激时SUMO化功能在维持内环境稳态中的关键作用，解析了SUMO化调控α细胞转分化为β细胞的分子机制，为研发以动态调控SUMO功能为基础的治疗T1D策略提供新的思路和实验基础。