O HNF4a controla o aumento de massa de célula beta em resposta ao aumento da demanda metabólica

Abstract

Diabetes Mellitus (DM) é uma doença metabólica caracterizada por hiperglicemia crônica, com um distúrbio da metabolização de carboidratos lipídeos e proteínas, devido à destruição da massa secretora de insulina (DM1) ou à um estado de resistência à insulina (DM2). Ambas as formas de DM apresentam redução da massa secretora de insulina, a célula beta pancreática, portanto é importante investigar vias que aumentem a massa desse tipo celular. Os alvos para o tratamento/cura do DM envolvem processos que promovem a restauração da massa de células beta funcionais, tais como diferenciação transdiferenciação e/ou replicação celular. Sendo assim, o Hepatocyte Nuclear Factor 4-a (HNF4a), é um importante fator de transcrição para as células beta pancreáticas, pois além de participar da expressão dos genes ligados a produção da insulina, regula a expressão de genes relacionados ao metabolismo da glicose. Além disso, sabe-se que o HNF4a é crucial para o aumento da massa de células beta induzida pela prenhez. No entanto o papel do HNF4a na expansão da massa de célula beta, em resposta ao aumento da demanda, como no estado de resistência à insulina, ainda é desconhecido. Baseado no fato de que esse pode ser um alvo terapêutico potencial para o DM, buscamos desvendar o papel do HNF4a nos mecanismos envolvidos na proliferação da célula beta induzida pela dieta hiperlipídica (HFD). Para essa proposta, usamos camundongos WildType (WT) (HNF4aloxp/loxp;Ins1Cre-) e camundongos HNF4a Knockout (KO) (HNF4aloxp/loxp;Ins1Cre+), específico na célula beta e condicionados pelo tempo (a inativação do HNF4a apenas acontece após a aplicação de tamoxifeno) alimentados com ou sem HFD. Após 20 semanas de exposição a HFD, avaliamos a massa corporal, tecido perigonadal, tolerância a glicose, sensibilidade à insulina, insulinemia e a morfometria pancreática. Como esperado os animais WT alimentados com HFD apresentaram aumento da massa corporal, bem como do tecido perigonadal, intolerância a glicose. Por outro lado, observamos que os animais KO foram mais susceptíveis a ação da HFD, apresentando glicemia de jejum aumentada e intolerância a glicose. O fenótipo observado nos animais KO alimentados com HFD foi semelhante ao perfil diabético. Além disso, a redução da sensibilidade foi observada em todos os animais expostos a HFD, independente do genótipo. A insulinemia de jejum dos animais KO/HFD estava reduzida em relação aos CTL/HFD, demonstrando que os animais KO/HFD tiveram um prejuízo na compensação adaptativa da arquitetura morfofuncional do pâncreas, comprovando que o HNF4a desempenha um papel importante no metabolismo. Em concordância, nossos dados das imunofluorescências do pâncreas demonstraram que ao analisar a massa de células beta demostraram que os animais KO/HFD não foram capazes de expandir a massa dessas células em comparação com os animais CTL/HFD. Juntando o fato de que (1) camundongos KO foram mais susceptíveis a ação da HFD, ao ponto de apresentaram características diabéticas e (2) os camundongos KO/HFD apresentaram redução da capacidade de aumentar a massa de célula beta em um cenário de demanda metabólica aumentada, concluímos que o HNF4a é importante para as adaptações das ilhotas pancreáticas induzidas por HFD.

Abstract: Diabetes Mellitus (DM) is a metabolic disease characterized by chronic hyperglycemia with a disturbance on carbohydrates, lipids and proteins. It is due to the destruction of the pancreatic beta-cell mass (DM1) or due to an insulin resistance state (DM2). Any type of DM presents a reduction in the insulin-secretory cell mass; therefore, it is important to investigate pathways that increase this cell type mass. Targets to the treatment/cure of DM involve processes that promote the functional beta-cell mass restoration, such as differentiation, transdifferentiation and/or cellular replication. Thus, Hepatocyte Nuclear Fator 4-a (HNF4a) is an important transcription factor for the pancreatic beta-cells because, in addition to participating in the insulin gene expression, it regulates the expression of genes related to glucose metabolism. Furthermore, it is known that HNF4a is crucial for the pregnancy-induced beta-cell mass increase. However, the role of HNF4a in the beta-cell expansion in response to increased metabolic demand, such as in the insulin resistance state, is still unknown. In this context and based on the fact that beta-cell expansion may be a potential therapeutic target for DM, we aimed to unveil the role of HNF4a in the mechanisms involved in high-fat diet (HFD)-induced pancreatic beta-cell proliferation. For this purpose, we used WildType (WT) (HNF4aloxp/loxp;Ins1Cre-), and a beta-cell-specific and time-conditional HNF4a Knockout (KO) mice (HNF4aloxp/loxp;Ins1Cre+), fed with or without HFD. After 20 weeks of HFD, we evaluated body mass, perigonadal fat, glucose tolerance insulin sensitivity, pancreatic morphometry. As expected, WT animals fed with HFD displayed both body mass and perigonadal fat increase as well as glucose intolerance. On the other hand, we observed that KO animals were more susceptible to HFD action, presenting augmented fasting glycemia and glucose intolerance. The phenotype observed in the KO animals fed with HFD was similar to a diabetic profile. Additionally, insulin sensitivity was reduced in all animals exposed to HFD. In agreement, our data from immunofluorescence of the pancreas showed that when analyzing qualitatively the images of animals KO/HFD, there was a slight reduction in the islet diameter when compared to CTL/HFD. Furthermore, quantitative analysis of the beta cell mass showed that animals KO/HFD were not able to expand the beta cell mass compared to CTL/HFD. Adding to the fact that (1) KO mice were more susceptible to the action of HFD, as they display diabetic characteristics and (2) KO-HFD mice were incapable of increasing beta cell mass in a scenario of increased metabolic demand, we conclude that HNF4a is essential for HFD-induced pancreatic islet adaptations.