During treatment of diabetes mellitus by immunointervention or transplantation, it is necessary to monitor the markers of immune destruction or rejection of surviving insulin producing cells. An aim of this thesis is to improve the possibilities of following autoimmunity and to detect the survival of transplanted pancreatic islet in vivo. Partial aims included vitality testing of isolated islets for transplantation by measurement of respiration activity, observing the process of in vitro labeling of isolated islets with superparamagnetic iron oxide (SPIO) contrast agent for subsequent magnetic resonance imaging (MRI) of islets and observing SPIO particles transport after transplantation. We also studied a new dual paramagnetic contrast agent combined with fluorescein intended for identification of the MRI contrast agent in samples for histology. Further, we assessed autoimmune reaction by evaluation of cytokine response to specific stimulation with auto-antigens. We tried to affect beta-cells destruction by polyclonal anti- thymocyte antibodies in a mouse experimental model. A new method of the islet respiration measurement correlated with other methods of islet quality testing and it was suggested as a diagnostic test before clinical transplantation. Results obtained studying the intercellular...

O depósito de amilina é um achado histopatológico frequente em pacientes portadores de diabetes mellitus tipo 2 (DM 2) e parece estar relacionado à disfunção da célula beta pancreática característica desta doença. Um estudo previamente desenvolvido em nosso laboratório verificou que oligômeros de amilina humana provocam diminuição na expressão do mRNA do gene que codifica o receptor do hormônio incretínico peptídeo insulinotrópico dependente de glicose (Gipr) e aumento do índice de apoptose em ilhotas pancreáticas de rato mantidas em cultura. Considerando o importante papel do depósito amilóide e das incretinas na fisiopatologia do DM 2, os objetivos deste trabalho foram investigar (1) o efeito da amilina humana sobre a expressão dos receptores de incretinas e (2) a modulação de seu efeito tóxico por outras condições concomitantes presentes no DM, como a lipotoxicidade e os produtos finais de glicação avançada (AGEs). Para isto, foi realizada a avaliação da expressão do mRNA dos genes Gipr e Glp1r (receptor do peptídeo semelhante ao glucagon) por PCR em tempo real em ilhotas expostas apenas aos oligômeros de amilina humana (10 M) por 4 e 8 h e em ilhotas expostas aos oligômeros e ao palmitato (0,5 mM) por 24 e 48 h; avaliação da expressão das proteínas GIPR e GLP1R por Western blot em ilhotas tratadas com oligômeros de amilina por 12 h; e avaliação do índice de apoptose pela quantificação da atividade de caspase 3 em ilhotas tratadas com oligômeros de amilina isoladamente, ou na presença de palmitato (0,5mM) por 48 h ou 5 mg/ml de albumina glicada (AlbGAD) por 72 h. A amilina não provocou alteração na expressão dos genes Gipr e Glp1r após 4 h de exposição. Após 8 e 24 h de tratamento, os oligômeros modularam negativamente a expressão destes genes. Entretanto, o tratamento das ilhotas com amilina por 48 h resultou no aumento da expressão do mRNA dos receptores de incretinas. O tratamento simultâneo com palmitato não alterou o efeito modulatório da amilina sobre a expressão dos genes Gipr e Glp1r após 24 e 48 h. A exposição das ilhotas aos oligômeros de amilina por 12 h não causou alteração na expressão das proteínas GIPR e GLP1R. A lipotoxicidade e a albumina glicada não aumentaram o efeito pró-apoptótico da amilina sobre as ilhotas pancreáticas. Em conclusão, a redução na expressão gênica dos receptores de incretinas em ilhotas pancreáticas de rato expostas aos oligômeros de amilina, que poderia indicar um mecanismo adicional pelo qual a amilina exerceria seu efeito deletério sobre células beta, diminuindo o efeito insulinotrópico induzido pelas incretinas em pacientes com DM 2, não foi constatada em relação à expressão protéica de GIPR e GLP1R no período de tempo estudado. O aumento na expressão do mRNA destes receptores provocado pela amilina após 48 horas de incubação poderia ser um mecanismo de compensação das células frente aos efeitos tóxicos dos oligômeros de amilina. O efeito próapoptótico da amilina humana sobre as células beta não parece ser potencializado pela lipotoxicidade ou por AGEs / The amyloid deposit is a common histopathological feature in patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM) and it seems to be related to the pancreatic beta cell dysfunction characteristic of this disease. A study previously developed in our laboratory found that human amylin oligomers decrease mRNA expression of the glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor (Gipr) and increase apoptosis rate in rat pancreatic islets maintained in culture. Considering the important role of the amyloid deposition and of incretins in the pathophysiology of T2DM, the aims of the present study were to investigate (1) the effect of human amylin on the expression of incretin receptors and (2) the modulation of amylin toxicity by other concomitant conditions present in T2DM, as lipotoxicity and advanced glycation end products (AGEs). The evaluation of mRNA expression of Gipr and Glp1r (glucagonlike peptide -1 receptor) was performed by real time PCR in islets exposed only to human amylin oligomers (10 M) for 4 and 8 h, and in islets exposed to human amylin and palmitate (0,5 mM) for 24 and 48 h; GIPR and GLP1R protein expression was assessed by Western blot in islets treated with amylin oligomers by 12 h; apoptosis rate was evaluated by measuring caspase 3 activity in islets treated with amylin alone or combined to palmitate (0,5 mM) for 48 h or 5 mg/mL of glycated albumin (AlbGAD) for 72 h. Amylin did not affect the expression of Gipr and Glp1r mRNA following 4 h of exposure. Eight and 24 h after treatment, amylin negatively modulated the expression of these genes. However, treatment of the islets for 48 h with amylin elicited an increase in mRNA expression of both incretin receptors. The simultaneous treatment with palmitate did not change the effects of amylin on the expression of Gipr and Glp1r mRNA after 24 and 48 h. Exposure of islets to amylin for 12 h caused no change in GIPR and GLP1R protein expression. Lipotoxocity and glycated albumin did not increase the pro-apoptotic effect of amylin on pancreatic islets. In conclusion, the reduction in mRNA expression of the incretin receptors on rat pancreatic islets exposed to amylin, which could indicate an additional mechanism whereby amylin exert its deleterious effect on beta cells, reducing the insulinotropic effects of incretins in patients with T2DM was not confirm regarding GIPR and GLP1R protein expression at the time period studied. The increased mRNA expression of these receptors caused by amylin after 48 h of incubation could be a compensation mechanism against the toxic effects of amylin oligomers. The pro-apoptotic effect of amylin on human beta cells does not appear to be potentiated by lipotoxicity or by advanced glycation end products

A perda da função das células beta acelera a deterioração do controle metabólico em pessoas com diabetes tipo 2. Além da lipo- e da glicotoxicidade, os AGEs parecem contribuir para esse processo, promovendo a apoptose das ilhotas pancreáticas. Em outros tecidos, os AGEs interagem com seu receptor específico (RAGE), produzindo espécies reativas de oxigênio (ROS) e ativando o NF-kB. Para investigar o efeito temporal dos AGEs sobre a apoptose de ilhotas, bem como o potencial de compostos antioxidantes para diminuir danos causados pelos AGEs, ilhotas pancreáticas de ratos foram tratadas durante 24, 48, 72, 96 e 120 h com AGEs gerados a partir de co-incubação de albumina de soro bovino (BSA) com Dgliceraldeído (GAD, 5 mg/mL) ou tampão fostato (controle). A apoptose foi avaliada pela quantificação do DNA fragmentado (ELISA), atividade de caspase 3 e detecção da permeabilidade da membrana mitocondrial (MitoProbe JC-1). O estresse oxidativo foi avaliado pela detecção de espécies de oxigênio (Image-iT LIVE Green) e a atividade da NADPH oxidase foi mensurada pelo método de quimioluminescência da lucigenina. A expressão dos genes Bax, Bcl2 e Nfkb1 foi avaliada por reação em cadeia da polimerase quantitativa após transcrição reversa (RT-qPCR). Em um dos tempos em que foi detectado o aumento da apoptose, o efeito de dois compostos antioxidantes foi avaliado: benfotiamina (350 M), uma vitamina B1 lipossolúvel, e Mito Q (1 M), um derivado da ubiquinona com alvo seletivo para a mitocôndria. Em 24 e 48 h, os AGES promoveram um aumento do índice de apoptose em relação ao controle, concomitantemente com o aumento na expresssão do gene Bcl2 (gene anti-apoptótico) e uma redução na expressão do gene Nfkb1. Em contraste, após 72, 96 h e 120 h, os AGEs promoveram um aumento do índice de apoptose em comparação com a condição de controle, concomitantemente com uma diminuição na expressão do gene Bcl2 e um aumento na expressão do gene Nfkb1. Em 24 h, os AGEs promoveram uma diminuição do conteúdo de ROS nas ilhotas, enquanto que nos tempos de 48 e 72 h, os AGEs promoveram um efeito oposto. A benfotiamina e o Mito Q foram capazes de diminuir o índice de apoptose e o estresse oxidativo de ilhotas expostas aos AGEs por 72 h. Em conclusão, os AGEs exerceram um duplo efeito em cultura de ilhotas pancreáticas, sendo de proteção contra a apoptose após exposição curta, mas pró-apoptótica após exposição prolongada. O Mito Q e e a benfotiamina merecem ser adicionalmente estudados como drogas com o potencial de oferecer proteção às ilhotas pancreáticas em condições de hiperglicemia crônica / Loss of beta cell function hastens the deterioration of metabolic control in people with type 2 diabetes. Besides lipo- and glucotoxicity, AGEs seem to contribute to this process by promoting islet apoptosis. In other tissues, AGEs interact with their specific receptors (RAGE) and elicit reactive oxygen species (ROS) generation and NF-kB activation. In order to investigate the temporal effect of AGEs on islet apoptosis as well as the potential of antioxidant compounds to decrease islet damage caused by AGEs, rat pancreatic islets were treated for 24, 48, 72, 96 and 120 h with either AGEs generated from co-incubation of bovine serum albumin (BSA) with D-glyceraldehyde (GAD, 5 mg/mL) or phosphate-buffered saline (PBS, control). Apoptosis was evaluated by quantification of DNA fragmentation (ELISA), caspase-3 enzyme activity and detection of mitochondrial permeability transition (MitoProbe JC-1). Oxidative stress was evaluated by oxygen species detection (Image-iT LIVE Green) and the activity of NADPH oxidase was measured by the lucigenin-enhanced chemiluminescence method. The expression of the genes Bax, Bcl2 and Nfkb1 was evaluated by reverse transcription real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). In one of the time points at which increased apoptosis was detected, the effect of two antioxidant compounds was evaluated: benfotiamine (350 M), a liposoluble vitamin B1, and Mito Q (1 M), a derivative of ubiquinone targeted to mitochondria. In 24 and 48 h, AGEs elicited a significant decrease in the apoptosis rate in comparison to the control condition concomitantly with a significant increase in the RNA expression of the antiapoptotic gene Bcl2 and a significant decrease in the Nfkb1 RNA expression. In contrast, after 72 and 96 h, AGEs promoted a significant increase in the apoptosis rate in comparison to the control condition concomitantly with a significant decrease in Bcl2 RNA expression and a significant increase in Nfkb1 RNA expression. In 24 h, AGEs elicited a significant decrease in the islet content of ROS while after 48 and 72 h, AGEs promoted an opposite effect. Benfotiamine and Mito Q were able to decrease the apoptosis rate and the ROS content in islets exposed to AGEs for 72 h. In conclusion, AGEs exerted a dual effect in cultured pancreatic islets, being protective against apoptosis after short exposition but proapoptotic after prolonged exposition. Mito Q and benfotiamine deserve further evaluation as drugs that could offer islet protection in conditions of chronic hyperglycemia

O Diabetes mellitus (DM) do tipo 1 é uma doença causada pela destruição, por mecanismo auto-imune, das células beta das ilhotas pancreáticas, produtoras de insulina. O tratamento convencional da doença é realizado por meio de injeções diárias de insulina exógena. O transplante de ilhotas pancreáticas inclui-se, atualmente, como uma das alternativas terapêuticas à insulinoterapia. Entretanto, para atingir a insulino-independência, é necessário transplantar um grande número de ilhotas por paciente. O conhecimento do mecanismo de proliferação das células beta pode possibilitar a realização do transplante a partir da expansão celular ex vivo. A glicose é um dos principais indutores da proliferação de células beta. Neste trabalho, foi estabelecida e executada a tecnologia de isolamento e purificação de ilhotas pancreáticas humanas, visando sua estimulação com glicose. Para identificar genes regulados por glicose nestas ilhotas, foi utilizada a técnica de hibridização subtrativa SSH, associada ao rastreamento da biblioteca através de macroarranjos de DNA. Num primeiro rastreamento, foram identificados dois fragmentos gênicos induzidos pela glicose. Um destes apresentou homologia com uma proteína hipotética humana de função desconhecida e o segundo com o receptor de polipetídeo pancreático. Este trabalho permitiu a identificação de novos genes regulados pela glicose em ilhotas pancreáticas humanas, os quais podem estar relacionados à proliferação celular deste tecido. / Type 1 Diabetes mellitus (T1DM) is caused by autoimmune destruction of the insulin-producing pancreatic islet b-cells. Treatment is generally approached by daily subcutaneous injections of exogenous insulin. Nowadays, pancreatic islet transplantation is considered as an effective alternative treatment to insulin therapy. However, in order to reach insulin-independence, a large number of islets is required for each patient. Knowledge of the mechanisms regulating islet b-cell proliferation may allow ex-vivo b-cell expansion prior to transplant. Glucose is considered one of the main inducers of islet b-cells proliferation. We established and executed the technology of human islet isolation and purification. The islets were then stimulated in culture with glucose. In order to identify glucose-regulated genes in cultured human islets, we utilized the suppression subtractive hybridization (SSH) method, followed by cDNA library screening by DNA macroarrays. Preliminary screening allowed us to isolate two cDNAs displaying glucose regulation, one of which is similar to a human hypothetical protein of unknown function and the other shows similarity to the pancreatic polypeptide receptor. This work allowed identification of glucose-regulated genes in human pancreatic islets, which may be related to cell proliferation in this tissue.

Orientador: Ricardo de Lima Zollner / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-11T22:15:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Domingos_PriscilaPerez_D.pdf: 2379926 bytes, checksum: df7f068098f3454b58caf0a13e61f196 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O camundongo não obeso diabético (NOD) é caracterizado por desenvolver naturalmente diabetes mellitus tipo 1 (DM-1) com similaridade ao diabetes mellitus tipo 1 em humanos. A manifestação espontânea do diabetes neste modelo animal é caracterizado por infiltração progressiva das ilhotas de Langerhans por células mononucleares linfócitos T (CD4+ e CD8+) e destruição das células ß pancreáticas produtoras de insulina. O fator de crescimento neural (NGF) e algumas citocinas estão associados a regeneração neural, além de atuarem sobre células do sistema imune. Em adição a estes efeitos, NGF age na liberação de insulina pelas células betas das ilhotas pancreáticas, tornando-se foco de interesse com relação as suas propriedades moduladoras no processo inflamatório na ilhota pancreática. O gangliosídeo GM1 liga-se ao receptor de alta afinidade (TrkA) do NGF-ß, mimetizando seus efeitos. No presente trabalho, avaliamos a ação modulatória de GM1 e NGF em cultura de ilhotas pancreáticas, provenientes de camundongos NOD. Foram avaliados por meio de RT-PCR a expressão gênica de NGF-ß, TrkA e insulina e, por ensaio imunoenzimático, a concentração de citocinas IL-1ß, IL-12, TNF-a, INF-y e insulina. Nossos resultados sugerem ação moduladora similar entre GM1 e NGF sobre as ilhotas de NOD não diabéticos e pré-diabéticos. NGF e GM1 aumentam a expressão gênica de NGF e TrkA e diminuem a expressão gênica de insulina em NOD não diabéticos e pré-diabéticos. Além disso, aumentam a liberação de insulina e diminui a de citocinas inflamatórias IL-1ß, IL-12, TNF-a, IFN-y que caracterizam a resposta Th1. / Abstract: The non-obese diabetic mice (NOD) lineage is characterized by developing type 1 diabetes mellitus (DM-1) naturally, bearing a similarity to DM-1 in human beings. The spontaneous manifestation of diabetes is characterized by gradual infiltration in pancreatic islets by mononuclear cells lymphocytes T (CD4+ and CD8+) and destruction of the ß-cells producers of insulin. One consequence of this effect, is the release of neurotrophins trying modulate the insulin release by the ß cells of pancreatic islets. Thus, the neurotrophins have been the focus of interest in the modulation of the inflammatory process in the pancreatic islets. The ganglioside GM1 binds to the high affinity receptor (TrkA) of the NGF-ß, enhancing its effect. In the present work, we evaluate the immune modulation properties of GM1 and NGF in culture of pancreatic islets from NOD mice. The gene expression of NGF-ß, TrkA and insulin for immune enzymatic assay, the concentration of cytokines IL 1ß, IL-12, TNF-a, IFN-y and insulin were evaluated by RT-PCR and ELISA. Our results suggest similar modulation action between GM1 and NGF on islets of NOD non-diabetic and pre-diabetic. GM1 and NGF action increases the gene expression of NGF and TrkA and the decrease of insulin in mice NOD non-diabetic and pre-diabetic. Moreover, GM1 and NGF increase the insulin release and decrease inflammatory cytokines that characterize the Th1 reply. / Doutorado / Ciencias Basicas / Doutor em Clínica Médica

L’intéraction entre la biologie et l’électronique est une discpline en pleine essort. De nom-breux systèmes électroniques tentent de s’interconnecter avec des tissus ou des cellules vivantesafin de décoder l’information biologique. Le Potentiel d’action (PA) est au coeur de codagebiologique et par conséquent il est nécéssaire de pouvoir les repérer sur tout type de signal bio-logique. Par conséquent, nous étudions dans ce manuscrit la possibilité de concevoir un circuitélectronique couplé à un système de microélectrodes capable d’effectuer une acquisition, unedétection des PAs et un enregistrement des signaux biologiques. Que ce soit en milieu bruitéou non, nous considérons le taux de détection de PA et la contrainte de temps réel commedes notions primordiales et la consommation en silicium comme un prix à payer. Initialementdéveloppés pour l’étude de signaux neuronaux et pancréatiques, ces systèmes conviennent par-faitement pour d’autres type de cellules. / Interaction between biology and electronic is in expansion. Many electronic systems aretrying to interconnect with tissues or living cells to decode biological information. The ActionPotential (AP) is the heart of biological coding and therefore it is necessary to be able to locateit from any type of biological signal. Therefore, we study in this manuscript the possibility ofdesigning an electronic circuit coupled to microelectrodes capable of acquisition, detection ofPAs and recording of biological signals. Whether or not in a noisy environment, we consider thedetection rate of PA and the real time-computing constraint as an hard specificationand andsilicon area as a price to pay. Initially developed for the study of neural signals and pancreatic,these systems are ideal for other types of cells.

Orientador: Carla Beatriz Collares Buzato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-18T15:01:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_RicardoBeltramede_M.pdf: 4343326 bytes, checksum: c45de34d36b3510fa7bea078864506dc (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Tem havido um grande interesse na determinação das vias envolvidas na proliferação e função/disfunção da célula beta e a aplicação deste conhecimento em terapias moleculares e celulares da diabetes. A patogênese da diabetes melito tipo 2 (T2DM) é complexa, mas frequentemente está associada com obesidade e distúrbios do metabolismo de lipídios (hipercolesterolemia e hipertrigliceridemia). A T2DM envolve o desenvolvimento de um quadro de resistência periférica à insulina parcialmente compensada por hiperinsulinemia e hiperplasia da célula beta pancreática, resultando em intolerância à glicose e hiperglicemia. Os mecanismos interligando os estados de obesidade/hipercolesterolemia e resistência à insulina ao fenômeno da hiperplasia da célula beta não são completamente conhecidos. A presente dissertação teve como objetivos: 1) caracterizar um modelo animal adequado para se estudar a proliferação e disfunção da célula beta pancreática, e 2) avaliar, no pâncreas endócrino desses animais, a possível ativação da via de sinalização Wnt/beta-catenina, conhecida por estar envolvida no processo de proliferação celular em outros tecidos/órgãos. Para tal, foram empregados camundongos C57BL/6, wild-type (WT) e knockout para receptor de lipoproteína LDL (LDLr-/-), os quais foram submetidos à dieta hiperlipídica (HF) por 60 dias. Após a dieta HF, os animais WT tornaram-se obesos e hipercolesterolêmicos, bem como moderadamente hiperglicêmicos, hiperinsulinêmicos, intolerantes à glicose e resistentes à insulina, caracterizando-os como pré-diabéticos. Além disso, os animais alimentados com dieta HF apresentaram uma diminuição significativa na resposta secretora das células beta à glicose. De modo geral, os animais LDLr-/- apresentaram uma susceptibilidade relativamente mais alta à dieta HF, sugerida pela acentuada hipercolesterolemia, intolerância à glicose, e reduzida secreção de insulina estimulada por glicose observadas nestes animais. No entanto, a dieta HF induziu, de forma semelhante em animais WT e LDLr-/-, uma diminuição significativa no conteúdo celular de Cx36, uma proteína associada à junção comunicante e um marcador de diferenciação terminal da célula beta. Ambos os grupos WT e LDLr-/- alimentados com dieta HF mostraram aumento na proliferação de células beta, como avaliada pela imunomarcação das ilhotas para a proteína Ki67, mas apenas os animais WT exibiram alterações morfométricas indicativas de hiperplasia do pâncreas endócrino, tais como aumento na massa total de ilhotas e de células beta. Uma vez estabelecido que camundongos WT alimentados com dieta HF por 60 dias consistiam em um modelo adequado para a segunda etapa deste estudo, fomos investigar a possível ativação da via Wnt/beta-catenina nas ilhotas pancreáticas desses animais, avaliando-se a distribuição e expressão celular das proteínas beta-catenina total, beta-catenina ativada, c-Myc e ciclina D. A análise por imunofluorescência para beta-catenina não mostrou acúmulo citoplasmático ou translocação para o núcleo desta proteína em ilhotas pancreáticas, que poderia indicar ativação da via Wnt/beta-catenina no nosso modelo de hiperplasia do pâncreas endócrino. No entanto, a análise por Western Blot revelou um aumento significativo na expressão de beta-catenina ativada e ciclina D em ilhotas de animais alimentados com dieta HF em relação ao grupo controle. Concluindo, a dieta HF por 60 dias induz alterações metabólicas típicas da pré-diabetes em animais WT e LDLr-/-. O estado de pré-diabetes está associado a uma diminuição da expressão de Cx36 nas células beta pancreáticas, sugerindo um possível papel da comunicação intercelular mediada pelas junções comunicantes na patogênese da T2DM. A maior susceptibilidade metabólica à dieta HF apresentada por camundongos LDLr-/-, em relação aos WT, pode ser explicada pela maior deficiência na secreção de insulina em resposta à glicose e ausência de hiperplasia compensatória do pâncreas endócrino. Ainda, a análise preliminar de expressão protéica de algumas proteínas da via Wnt/beta-catenina sugere que esta via parece estar ativada durante o processo de hiperplasia do pâncreas endócrino observada no nosso modelo animal / Abstract: The pathogenesis of type 2 diabetes mellitus (T2DM) is often associated with obesity and dyslipidemia (hypercholesterolemia and hypertriglyceridemia). T2DM involves intolerance to glucose and insulin resistance partially compensated by hyperinsulinemia and pancreatic beta cell hyperplasia. The mechanisms linking obesity/hypercholesterolemia and insulin resistance to beta cell hyperplasia are not fully known. The Wnt/beta-catenin signaling pathway has been reported to be involved in cell growth and differentiation in several tissues/organs but its role in endocrine pancreas development and function is still unclear. This work aimed at: 1) establishing an appropriate animal model of T2DM to study pancreatic beta cell proliferation and dysfunction and, 2) investigating a putative involvement of the Wnt/beta-catenin signaling pathway in the beta cell hyperplasia in this model. To this end, we employed C57BL/6 wild-type (WT) and LDL lipoprotein receptor knockout (LDLr-/-) mice, fed a high fat (HF) diet for 60 days. After feeding a HF diet, WT mice became obese, hypercholesterolemic and moderately hyperglycemic, hyperinsulinemic, glucose intolerant and insulin resistant, characterizing them as pre-diabetics. Moreover, animals fed a HF diet showed a significant decrease in beta-cell secretory response to glucose. In general, LDLr-/- animals showed a relatively higher susceptibility to HF diet, as suggested by a marked hypercholesterolemia, glucose intolerance and reduced insulin secretion stimulated by glucose observed in these animals as compared to the control ones. However, HF diet induced similarly in both WT and LDLr-/- mice a significant decrease in cellular content of Cx36, a gap junctional protein and marker of terminally differentiated beta cell. Both WT and LDLr-/- fed a HF diet showed increased proliferation of beta cells, as assessed by Ki67 immunostaining, but only WT mice exhibited morphometric changes indicative of endocrine pancreas hyperplasia, such as increased total islet and beta cell masses. After we investigated a possible activation of Wnt/beta-catenin signaling pathway in these hyperplasic pancreatic islets of WT animals fed a HF diet. This was done by assessing the distribution and cellular protein expression of some proteins associated to this pathway (i.e., total and activated beta-catenin, c-Myc and cyclin D) in islets of our animal model. Beta-catenin immunofluorescence showed no cytoplasmic accumulation or translocation into the nucleus of beta cells in HF-fed mice. However, immunoblotting revealed a significant increase of unphosphorylated beta-catenin (activated) and cyclin D expression in islets of HF diet-fed animals when compared to its control group. In conclusion, a HF diet for 60d induced pre-diabetes state in both WT and LDLr-/- mice. The pre-diabetes state is associated with a decreased expression of Cx36 in pancreatic beta cells, suggesting a possible role of intercellular communication mediated by gap junctions in the pathogenesis of T2DM. The relatively high metabolic susceptibility to the HF diet showed by LDLr-/- mice, as compared to WT, may be explained by a marked impairment of glucosestimulated insulin secretion and a lack of compensatory hyperplasia of the endocrine pancreas. In addition, the protein expression analysis suggests that the Wnt/beta-catenin pathway may be activated during the islet hyperplasia process in our animal model / Mestrado / Histologia / Mestre em Biologia Celular e Estrutural

Type 1 diabetes (T1D) is a chronic autoimmune disease characterized by the immune-mediated destruction of insulin-producing beta-cells of pancreatic islets, culminating in critical insulin deficiency. Both genetic and environmental factors likely orchestrate an immune-mediated functional loss of beta cell mass, leading to the clinical manifestation of disease and lifelong dependence on insulin therapy. Additional evidence suggests the role of innate and adaptive immune mechanisms leading to inflammation in beta cells mediated by proinflammatory cytokines and chemokines, activation of beta-cell-reactive T cells,and failure of immune tolerance. Viral infections have been proposed as causal determinants or initiating triggers for T1D but remain unproven. Understanding the relationship between viral infections and the development of T1D is essential for T1D prevention. Importantly, virus-induced innate immune responses, particularly type I interferon (IFN-I, IFN-a/b), have been implicated in the initiation of islet autoimmunity and development of T1D. The goal of my thesis project is to investigate how the IFN-I signaling pathway affects the development of T1D using the LEW.1WR1 rat model of autoimmune diabetes. My hypothesis is that disrupting IFN-Isignaling via functional deficiency of the IFN-I interferon receptor (IFNAR) prevents or delays the development of virus-induced diabetes.For this purpose, I generated IFNAR subunit 1(IFNAR1)-deficient LEW.1WR1 rats using CRISPR-Cas9 genome editing and confirmed the functional disruption of IFNAR1. The absence of IFNAR1 results in a significant delay in onset and frequency of diabetes following poly I:C challenge and reduces the incidence of insulitis after poly I:C treatment. The frequency of diabetes induced by Kilham rat virus (KRV) is also reduced in IFNAR1-deficient LEW.1WR1 rats. Furthermore, I observe a decrease in CD8+T cells in spleens from KRV-infected IFNAR1-deficient rats relative to that in KRV-infected wild-type rats. While splenic regulatory T cells are depleted in WT rats during KRV-infection, no such decrease is observed in KRV-infected IFNAR1-deficient rats. A comprehensive bulk RNA-seq analysis reveals a decrease of interferon-stimulated genes and inflammatory gene expression in IFNAR1-deficient rats relative to wild-type rats following KRV challenge. Collectively, the results from these studies provided mechanistic insights into the essential role of virus-induced, IFN-I-initiated innate immune responses in the early phase of autoimmune diabetes pathogenesis.

During treatment of diabetes mellitus by immunointervention or transplantation, it is necessary to monitor the markers of immune destruction or rejection of surviving insulin producing cells. An aim of this thesis is to improve the possibilities of following autoimmunity and to detect the survival of transplanted pancreatic islet in vivo. Partial aims included vitality testing of isolated islets for transplantation by measurement of respiration activity, observing the process of in vitro labeling of isolated islets with superparamagnetic iron oxide (SPIO) contrast agent for subsequent magnetic resonance imaging (MRI) of islets and observing SPIO particles transport after transplantation. We also studied a new dual paramagnetic contrast agent combined with fluorescein intended for identification of the MRI contrast agent in samples for histology. Further, we assessed autoimmune reaction by evaluation of cytokine response to specific stimulation with auto-antigens. We tried to affect beta-cells destruction by polyclonal anti- thymocyte antibodies in a mouse experimental model. A new method of the islet respiration measurement correlated with other methods of islet quality testing and it was suggested as a diagnostic test before clinical transplantation. Results obtained studying the intercellular...

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