Medlemstidning för Svensk Förening för Diabetologi
Gå tillbaka

Förtjänstfull experimentell avhandling 2006

Varje år utser SFD en vinnare av den förnämliga titeln Årets experimentella avhandling inom Diabetesområdet. I hård konkurrens har Gabriella Brolén, Lund, korats till vinnare. Priset består av äran, diplom samt ett stipendium på 25 000 kr som utbetalas med stöd av Pfizer AB.
Här följer en kort sammanfattning av den vinnande avhandlingen.

"Embryonic Stem Cells: Differentiation into Insulin Producing Cells and Elimination of Damaged Proteins".



Min avhandling innehåller två olika delar: en som fokuserar på hur man får humana embryonala stamceller att bli till insulinproducerande celler genom att härma hur utvecklingen normalt går till i bukspottkörteln (pankreas). Dessa celler har sedan potentialen att vara en outtömlig resurs av celler för regenerativ diabetesmedicin. Den andra delen av avhandlingen behandlar hur embryonala stamceller gör sig av med skadade proteiner. Vi har upptäckt att stamceller har en unik mekanism för att göra detta.
Insulin produceras i pankreas av beta-celler som finns ansamlade i de så kallade Langerhanska öarna. Beta-celler känner av socker i blodet och släpper ut insulin som gör att sockret kan tas upp av cellerna så att sockerhalten i blodet sänks. Hos diabetiker finns det för få beta-celler eller så fungerar de på ett otillfredsställande sätt så att insulinnivån är låg eller ingen alls, eller så är cellerna okänsliga för insulin. Man kan idag transplantera Langerhanska öar från donatorer till patienter med diabetes. Öarna sprutas in i levern men förstörs ofta med tiden varvid fler transplantationer ofta krävs för att patienten ska bli insulinfri. Tyvärr råder det stor brist på donerade organ och således finns en mycket stor efterfrågan av att artificiellt skapa insulinproducerande celler.

Målet med min doktorsavhandling var att använda stamceller som startmaterial för att bilda insulinproducerande beta-celler. Humana embryonala stamceller är pluripotenta vilket innebär att de kan utvecklas till vilken celltyp som helst i kroppen (men inte till ett nytt embryo) samtidigt som de har förmågan att dela sig obegränsat antal gånger och är på så sätt en outtömlig cellreserv. Pluripotens är unikt för just embryonala stamceller och delas inte av någon annan celltyp som normalt finns i kroppen.
För att utveckla stamceller till insulinproducerande celler som är en mer specialiserad celltyp krävs att stamcellerna får instruktioner till vad de ska bli. Jag har studerat hur utvecklingen av insulinproducerande celler normal sker i kroppen och försökt imitera detta händelseförlopp i olika experiment. Även om man idag vet en hel del om hur pankreas utvecklas råder det en påtaglig brist på förståelse av vilka mekanismer som reglerar tillväxten av beta-celler och hur stamceller ska kunna bli beta-celler. Vidare, så är den största delen av den information som idag finns baserad på forskning på gnagare och det är okänt huruvida människans celler beter sig på liknande sätt.
Vi har funnit att humana embryonala stamceller kan utvecklas till ett förstadium av beta-celler i cellodling, men att det är svårare att få dem att bli mogna och insulinproducerande. Vidare har vi upptäckt att när dessa celler med stamcellsursprung odlas tillsammans med pankreasvävnad från musembryon som är i samma utvecklingsstadie så utvecklas cellerna vidare och blir insulinproducerande och uttrycker flera viktiga markörer för beta-celler. Cellerna blir inte insulinproducerande när en annan vävnadstyp än pankreas odlas tillsammans med cellerna vilket visar på att det sker en kommunikation mellan musvävnaden och de humana stamcellerna. Det är speciellt uppmuntrande att se att signaler från den embryonala muspankreasen specifikt kan ge upphov till att stamcellerna blir till insulinproducerande beta-celler. De humana embryonala stamcellerna verkar svara på extracellulära signaler som normalt reglerar bildandet av beta-celler i mus och dessa signaler verkar vara evolutionärt konserverade mellan mus och människa. I och med detta finns en förhoppning om att vi kan finna vilka mekanismer som påverkar cellerna att bli mer mogna och insulinproducerande så att en större mängd celler kan bildas från stamceller. Om vi lyckas är vi ett steg närmare att skapa ett obegränsat antal beta-celler som kan användas för att ersätta de insulinutsöndrande cellerna som saknas vid diabetes.
I den andra delen av avhandlingen, som behandlar hur embryonala musstamceller gör sig av med skadade proteiner, såg vi helt oväntat att stamceller har höga halter av skadade proteiner.
Mammalier föds i stort sett utan DNA- och proteinskada men när organismen åldras sker en progressiv ökning av både skada på DNA och proteiner. På grund av att könsceller hålls fria från DNA-skada är det frestande att spekulera om att det samma är sant för proteinskada, men hittills har inga resultat styrkt det synsättet. Mekanismen bakom elimineringen av de skadade proteinerna i avkomman är alltså okänd. Skada i cellulära komponenter förorsakade av reaktiva syreradikaler (reaktive oxygen species (ROS)) tros vara en viktig faktor som bidrar till åldringsprocessen. Cellulärt åldrande karaktäriseras av ackumulering av oxidativt modifierade proteiner (irreversibel proteinskada), en process som resulterar, till åtminstone till en del, från ofullständigt proteinutbyte. Carbonylering och advanced glycation end product (AGE) är exempel på oxidativa modifikationer av protein och är förknippade med ett stort antal åldersrelaterade sjukdomar så som Parkinsons sjukdom, Alzheimers sjukdom och diabetes.
Oväntat fann vi att stamceller innehåller höga halter av både carbonyler och AGE medan stamceller som blivit specialiserade hade låga nivåer av skadade proteiner, det vill säga tvärt om vad som normalt sker hos en åldrande cell. De skadade proteinerna kunde identifieras och var till stor del chaperoner och proteiner i cytoskelettet, vilka man vet är huvudmål för proteinoxidation i åldrande vävnader. Våra resultat visar att stamceller gör sig av med skadade protein när de specialiserar sig under cellodling. Elimineringen av skadade proteiner sammanträffar med en markant ökning av aktiviteten hos 20S proteasomen, varvid en mekanism kan skönjas. Skadade proteiner kunde även observeras i innercellmassan hos blastocyster (mycket tidiga embryon), samtidigt som de celler som redan hade specialiserat sig till trophectoderm visade mycket lägre nivåer av proteinskada. Följaktligen sker elimineringen av skadade proteiner inte bara i cellodling utan även under normal embryoutveckling. Embryonala stamceller verkar alltså ha en unik mekanism som gör att de kan rensa ut skadade proteiner vilka i alla andra celler annars ackumuleras med tiden och bidrar till att cellen skadas och åldras. Utrensningen av skadade proteiner kan vara en del av en tidigare okänd föryngringsprocess på proteinnivå och gör det värt att betänka att avkomman hos mammalier initialt kan vara fri från proteinskada pågrund av en tidig utvecklingsrelaterad eliminering av skadade proteiner hellre än genom en mekanism som håller könscellerna fria från destruktiva molekyler.

Bild 1: Insulinproducerande celler bildade från humana embryonala stamceller. Insulin (grön) och human specifik antikropp (röd) som enbart färgar humana cellkärnor.

 

 

 

Arbetet med insulinproducerande celler och humana embryonala stamceller har utförts i samarbete med Cellartis AB i Göteborg samt vid Stamcellscentrum, Lunds Universitet. Arbetet med proteinskada har skett i samarbete med Thomas Nyström och Malin Hernebring vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Göteborgs Universitet.

Gabriella Brolén

|Upp|


Till Förstasidan - Diabetolognytt.com