The Role of ChREBP in [beta]-cell Function and Dysfunction

Type 2 diabetes mellitus (T2DM) er en pandemisk sygdom, der nedsætter livskvalitaten for flere hundrede millioner mennesker på verdensplan. Sygdommen har flere ætiologier, men dysregulering af glukose homeostasen, ved nedsættelse af både insulin sekretionen and sensitiviteten, går igen. Et nyt paradigme som fokuserer på bugspytkirtlens β-celler er fornyligt vundet frem. Glukose er et vigtigt brændstof for β-celler, fordi det akut stimulerer exocytosen af insulin. I modsætning fører vedvarende glukose stimulering til dysfunktion igennem såkaldte glukotoksiske mekanismer. I responset til glukose er der altså en kritisk balance imellem funktion og dysfunktion. Det primære mål med dette arbejde er at undersøge de transkriptionelle mekanismer der ligger til grund for disse pleiotropiske effekter.

Arbejdet præsenteret her er delt op i tre dele. I del 1 bliver to nye bioinformatiske værktøjer præsenteret. Det første, iRNA-seq, er nyt værktøj som benytter sekventeringstags fra introns til at estimere transkription præcist. Sammenligning af iRNA-seq og de bedste andre metoder viser at de alle er cirka lige sensitive. I modsætning til de andre metoder, som er meget arbejdskrævende og bruger en stor mængde input materiale, er iRNA-seq billig, let og bruger en lille mængde materiale. Det betyder, at iRNA-seq er et attraktivt alternativ til bestemmelsen af transkription i hele genomet. Det andet værktøj, IAMET, integrerer motiv søgning, maskinlæring og analyse af genekspressionsdata for at identificere transkriptionelle regulatorer. Sammenligning af IAMET med alternative metoder viser at IAMET er mere sensitiv end alternativerne. Derudover er der den fordel ved IAMET at det benytter sig af et væsentligt udvidet motiv bibliotek og samtidig identificere kausale transkriptionsfaktorer direkte. Altså er IAMET en ny kraftfuld integreret metode til identifikation af transkriptionelle regulatorer.

I del 2 benytter vi disse nye værktøjer sammen med andre teknikker til at dissekere det transkriptionelle respons til glukose i β-celler. To studier bliver præsenteret. I det første studie viser vi at høj glukose drastisk ændre det transkriptionelle landskab i β-celler i et to-fase respons. I den sene fase, er mange gener der er involveret i regulering af β-cellens funktion represseret, hvorimod en stor andel af de sent inducerede gener er involveret i regulering af vækst. Vi har evidens for at carbohydrate response element binding protein (ChREBP) er en central regulator af glukose responset, siden overudtryk af en konstant aktiv ChREBP efterligner det transkriptionelle respons til glukose, mens ChREBP knockdown hæmmer det. ChREBP regulerer de tidligt inducerede gener direkte, og de sent regulerede indirekte. Det betyder at ChREBP kontrollerer udtrykket af sekundære regulatorer, der er vigtige for reguleringen af gener der er involveret i vækst og β-celle funktion. Vi viser at ChREBP inducerer udtrykket af en transkriptionsfaktor, Rorγ, som inducerer vækst i bade INS-1E celler og i primære Langerhanske øer. I det andet studie undersøger vi det glukose sensitive interaktom af Mediator complex subunit 1 (Med1). Vi finder nogle transkriptionelle regulatorer hvis interaktion med Med1 er reguleret af glukose. Knockdown af disse viser at de regulerer forskellige genprogrammer i β-celler. En af faktorerne, Mybbp1a, er nødvendig for induktionen af gener, som er involveret i vækst, men ikke for repressionen af gener involveret i β-cellens funktion. Mybbp1a kan interagere med forskellige transkriptionsfaktorer, men baseret på genudtryk og motiv analayse finder vi det sandsynligt at den virker igennem enten Myc eller Zbtb7b, men dette skal valideres yderligere.

I del 3 undersøger vi dynamikken af enhancer-promoter loops. De to vigtigste observationer i dette studie er at disse loops er funktionelt vigtigt og i høj grad dynamisk regulerede. Betydningen af dette arbejde er at enhancer-promoter loops skal anses som en aktiv måde at regulere transkription, fremfor en passiv proces. Vi har udført dette indledende konceptuelle studie i 3T3-L1 fedtceller, og derfor er det stadig et åbent spørgsmål om enhancer-promoter loops også er dynamisk regulerede i β-celler.