Cdc42调节胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌的机制研究

Cdc42 is a member of the Rho GTPase family of intracellular molecular switches regulating multiple signaling pathways involved in cytoskeleton organization, transcription, cell cycle pro-gression, vesicle trafficking, survival, and other cell functions. Recent studies have revealed that Cdc42 signaling links actin dynamics plays a pivotal role in pancreatic β cell delamination and differentiation. Furthermore, Glucose-stimulated Cdc42 signaling is essential for the second phase of insulin secretion. These processes are key to the regulation and maintenance of islet β-cells’ as well as whole body glucose homeostasis. Knowledge of Cdc42 signaling function in islet β-cells came mostly from studies using the dominant-negative or constitutively active mutant overexpression approach. In advanced research, we use Cdc42 LoxP and Ins-Cre conditional gene targeting of cdc42 in mice found that Cdc42 KO mice displayed glucose intolerance and impaired insulin secretion. In this subject, we use Tamoxifen-induced Cdc42 islet β-cell specific knock-out mice, Transcriptome Gene Sequencing, and Cdc42-specfic FRET molecular principle for further revealed its Islet- and β-cell type-specific role and provide definitive information of the physiological function and mechanism of β-cell proliferation and insulin secretion of Cdc42 in vivo and in vitro.

Cdc42属Rho GTPase家族成员，能作为细胞内的分子开关调节多种信号通路来调节细胞骨架、细胞周期、囊泡运输、生存和其他细胞功能。最近的研究表明，Cdc42与肌动蛋白的相互作用对调节胰腺β细胞分层和分化非常关键。此外，Cdc42对葡萄糖刺激的胰岛素第二相的分泌有重要的调节作用。这些过程是调节和维持胰岛β细胞以及机体葡萄糖稳态的关键。在前期预研中，我们使用Cdc42 LoxP和INS-Cre条件性基因敲除技术，发现Cdc42敲除小鼠显示出明显的糖耐量和胰岛素分泌受损。在本项目中，我们拟在预实验的基础上改进使用他莫昔芬诱导的胰岛β细胞Cdc42特异性基因敲除小鼠，并运用转录组基因测序和Cdc42特异性FRET分子探针技术，进一步揭示Cdc42在调控β细胞增殖和胰岛素分泌过程中的体内外效应及其分子机制。

糖尿病病人的胰岛β细胞功能衰竭会影响胰岛素的分泌过程和对血糖水平的调节。因此开展有关胰岛细胞发育、再生和胰岛素分泌功能的研究对明确糖尿病发病机制、开发新的临床治疗方法有重要意义。Cdc42（细胞分裂周期蛋白42）是Rho GTPases家族的成员之一，存在于克隆的胰岛β细胞以及正常小鼠和人的胰岛中并且定位于胰岛素分泌颗粒上。Cdc42不仅参与胰岛素的合成过程，还通过激活一系列下游因子调节胰岛素颗粒的动员与细胞质膜的胞吐作用。细胞增殖和胰岛素分泌是机体维持胰岛β细胞正常功能的基础。为了更加深入、准确地探讨 Cdc42对胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌的具体机制，本项目从两个方面进行深入研究。. 1.探讨Cdc42是否通过Wnt/β-catenin信号通路对脂肪间充质干细胞（ADSCs）诱导分化为胰岛素分泌细胞（IPCs）产生影响。研究结果证明激活Wnt信号通路在ADSCs分化成IPCs期间可以促进胰岛素基因的表达，Cdc42可以通过调控Wnt/β-catenin通路中的APC和GSK3β的活性，进而对细胞增殖、迁移产生影响。抑制Cdc42的表达会抑制GSK3β的磷酸化，降低β-catenin的表达，并抑制IPCs的增殖和胰岛素的分泌。目前利用间充质干细胞治疗糖尿病受到极大的关注。因此探究Cdc42与Wnt/β-catenin信号通路在间充质干细胞诱导分化过程中的调节从而提高体外胰岛β细胞分化的效率，这对糖尿病的治疗具有积极的意义。. 2.探讨miR-29a是否通过Cdc42/β-catenin对胰岛β细胞的增殖以及胰岛素分泌作用的影响。miRNAs已经被证实参与糖尿病的发病机制，包括胰岛素抵抗以及影响胰腺β细胞功能。miR-29a是小鼠和人类胰腺β细胞中表达最丰富的miRNA之一。miR-29a对胰岛素分泌的具体作用还需深入研究。国内外研究大多数选取MIN6细胞株作为胰岛素分泌以及相关信号通路的研究对象，本次实验双荧光素酶报告基因检测显示MIN6细胞内野生型Cdc42是miR-29a的直接靶点。miR-29a可通过负性调控Cdc42及其下游的β-catenin抑制MIN6细胞的增殖与胰岛素分泌。本实验从体外实验着手，探讨miR-29a与Cdc42对胰岛β细胞的增殖以及葡萄糖刺激胰岛素分泌作用的影响，为糖尿病的防治研究提供新思路，具有广阔的临床应用前景。