Fetal pancreatic tissues can be a promising source for pancreatic progenitor cells (PPCs). In this regard, we have successfully isolated and characterized a population of fetal PPCs from first trimester human fetal pancreas using a previously established basic protocol. Upon exposure to a cocktail of conventional growth factors, these PPCs are amenable to differentiate into insulin-secreting islet-like cell clusters (ICCs); however, these ICCs have yet to exert additional efforts to direct to glucose-responsive cells. To address this issue, we have proposed two novel morphogenic factors in the present study, namely PDZ-domain-containing 2 (PDZD2) and angiotensin II (Ang II), a physiologically active peptide of the renin-angiotensin system (RAS), that potentially promote the differentiation and maturation of PPCs/ICCs. / In light of these findings, we conclude that we have discovered two novel mechanisms, the PDZD2 and Ang II/AT2 receptor signaling pathways, in the regulation of the development of PPCs/ICCs, thus implying their novel roles during islet development in vivo. The present study provides a "proof-of-principle" that a local RAS is critically involved in governing islet cell development. This work may contribute to devising protocols for maturation of pancreatic progenitors for clinical islet transplantation. / Local RASs have been reported to regulate the differentiation of tissue progenitor cells. It has yet to be confirmed whether such systems exist and govern the PPC development. To address this issue, we herein provided evidence that expression of RAS components was highly regulated throughout PPC differentiation. Locally generated Ang II was found to maintain PPC growth and differentiation via mediation of the Ang II type 1 and type 2 (AT1 and AT 2) receptors. We found that the AT2, but not AT1, receptor was a key mediator of Ang II-induced upregulation of beta-cell transcription factors. Transplantation of AT2 receptor-depleted ICCs into immune-privileged diabetic mice failed to ameliorate hyperglycemia, implying that AT2 receptors are indispensable during ICC maturation in vivo. / PDZD2 and its secreted form (sPDZD2) have been found to express in our fetal PPCs. We first evaluated the potential role of sPDZD2 in stimulating PPC differentiation and established an optimal concentration for such stimulation. We found that 10-9 M sPDZD2 promoted PPC differentiation, as evidenced by the up-regulation of the pancreatic endocrine markers and C-peptide content in the ICCs. It enhanced their expression of the L-type voltage-gated calcium ion channel (Cav1.2) and conferred an ability to secrete insulin in response to membrane depolarization. Yet these ICCs remained glucose-unresponsive because of the minimal expression of GLUT-2. We thus attempted to study another potential morphogenic candidate, Ang II. / To further test whether a functional RAS is present and if so, whether it regulates islet development in vivo, we employed a mouse embryo model at different embryonic days and reported a stronger AT2 receptor expression during the 2nd developmental transition of pancreas development. AT2 receptor blockade from e8.0 resulted in abnormalities in fetal pancreatic development. Neonates from these mother mice displayed destructed pancreas/islet architecture, a hampered ability in glucose-stimulated insulin-secretion possibly attributed to a decreased ratio of beta-cell to alpha-cell, and an impaired glucose tolerance at 4-wk old. / Leung, Kwan Keung. / Adviser: Po Sing Leung. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 72-04, Section: B, page: . / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 254-284). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. Ann Arbor, MI : ProQuest Information and Learning Company, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstract also in Chinese.

<P align="justify">Dans les conditions physiologiques normales, la glycémie est maintenue dans d'étroites limites. La sécrétion d'insuline par les cellules B pancréatiques joue un rôle majeur dans ce contrôle. En effet, l'insuline est la seule hormone capable d'empêcher une élévation excessive de la glycémie. La cellule B pancréatique constitue un exemple d'oscillateur cellulaire dont la dynamique non linéaire permet l'apparition d'une activité électrique "en salves" ("bursting"). Lors de la sécrétion, les cellules B présentent des oscillations du potentiel membranaire, alternances de phase actives, où la membrane est dépolarisée et durant laquelle des potentiels d'action sont produits, et de phases silencieuses, où le potentiel membranaire est stable et hyperpolarisé. La durée relative de la phase active est directement carrelée au taux de sécrétion d'insuline. Cette activité électrique est produite par une modification des flux ioniques transmembranaires. Il est maintenant établi que l'élévation de la concentration intracellulaire de Ca2+ ([Ca2+]i) qui se produit lors de la phase active est impliquée dans le déclenchement de l'exocytose. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans la régulation de l'activité électrique restent mal compris.</P><p><p><P align="justify">Dans ce travail, nous examinons le rôle d'une protéine présente dans la membrane de la cellule B, l'échangeur Na+/Ca2+ ,dans la modulation des oscillations du potentiel membranaire et de la [Ca2+]i .Depuis sa découverte au niveau des cellules cardiaques et de l'axone de calmar, l'échange Na+/Ca2+ a été identifié dans de nombreux autres types cellulaires dont la cellule B pancréatique. Ce transporteur utilise le gradient électrochimique du Na+ comme source d'énergie pour l'expulsion des ions Ca2+ du cytosol. Dans les cellules cardiaques, il représente un mécanisme important d'expulsion du Ca 2+ intracellulaire. De plus, étant donné la stoechiométrie de la réaction de transport, son activité induit un courant (I Na/Ca) qui est impliqué dans la prolongation des potentiels d'action cardiaques. Au niveau de la cellule B pancréatique, le rôle de l'échange Na+/Ca2+ reste mal compris. L'absence d'inhibiteur spécifique de la protéine handicape sérieusement l'approche expérimentale.</P><p><p><P align="justify">Dès lors, nous avons utilisé une approche basée sur la modélisation mathématique afin de clarifier l'impact de l'activité de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique et la régulation de [Ca2+]i de la cellule B pancréatique. La modélisation de l'activité électrique de la cellule B pancréatique repose sur le formalisme développé par Hodgkin et Huxley pour la cellule nerveuse. Dans ce contexte, l'application de la conservation de la charge au circuit équivalent de la membrane cellulaire fournit un système d'équations différentielles ordinaires, non linéaires.</P><p><p><P align="justify">Lors de la première partie de notre travail, nous avons mis au point un dispositif expérimental permettant de mesurer le courant électrique lié aux phénomènes de transport ioniques dans les membranes cellulaires. Nous avons pu détecter I Na/Ca et étudier son activation par la [Ca2+]i et le potentiel membranaire. Ces données expérimentales nous ont permis de proposer un modèle minimal pour I Na/Ca. D'autre part, afin d'évaluer expérimentalement l'effet de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique de la cellule B pancréatique, nous avons étudié l'effet d'une réduction de la concentration extracellulaire de Na+ sur les oscillations du potentiel membranaire.</P><p><p><P align="justify">D'un point de vue théorique, à partir de notre modèle minimal pour I Na/Ca ,nous avons élaboré différents modèles mathématiques de l'activité électrique des cellules B. Ces modèles fournissent une prédiction correcte, qualitativement et quantitativement, de l'effet d'une réduction de la concentration extracellulaire de Na+ sur l'activité électrique périodique de la cellule B pancréatique. D'autre part, nos simulations numériques nous ont permis de démontrer la capacité de l'échange Na+/Ca2+ à moduler la durée relative de la phase active des oscillations du potentiel membranaire. De plus, nous avons pu mettre en évidence un mécanisme physiologique original liant la concentration extracellulaire de glucose et l'activité du transporteur. Enfin, nous nous sommes intéressés aux effets induits par la présence de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique périodique et la régulation de [Ca 2+]i de cellules B couplées électriquement et hétérogènes en leurs paramètres. En effet, dans les conditions physiologiques, les cellules B constituent une population de cellules hétérogènes, électriquement couplées au sein des îlots pancréatiques. Il est établi que ce couplage joue un rôle essentiel dans l'apparition et la régulation de l'activité électrique périodique. Nous avons étudié différents modèles mathématiques correspondant à un réseau de cellules électriquement couplées. Nos simulations numériques nous ont permis de démontrer que l'échange Na+/Ca 2+ joue un rôle clef dans la régulation de la [Ca2+]i au sein d'un réseau de cellules B couplées électriquement. Il prévient, localement, l'apparition de niveaux de [ca2+]i trop élevés, potentiellement dangereux pour le métabolisme cellulaire, causés par l'hétérogénéité des paramètres cellulaires.</P><p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished