Uloga ciljanih (epi)genetičkih modifikacija u potencijalnoj terapiji dijabetesa

Abstract

U osnovi dijabetesa se nalazi smanjen broj beta ćelija endokrinog pankreasa, njihovo poremećeno funkcionisanje ili gubitak identiteta u procesu dediferencijacije. Jedna od aktuelnih strategija za po- tencijalnu primenu u terapiji dijabetesa je i direktno ćelijsko reprogramiranje kojim bi se nadomestio nedostatak funkcionalnih beta ćelija i insulina u organizmu. Ovaj pravac u istraživanjima podrazu- meva transdiferencijaciju somatskih ćelija poreklom iz različitih organa u ćelije koje proizvode insu- lin kroz modulaciju ekspresije transkripcionih faktora koji su ključni za održavanje ćelijskog identiteta. U ovom poglavlju biće predstavljena aktuelna istraživanja koja podrazumevaju ćelijsko reprogrami- ranje uz pomoć novih sintetičkih alata koji imaju ulogu da dirigovano uvode izmene u (epi)genom sa posebnim osvrtom na CRISPR/Cas9 sistem i njegove modifikacije. Alfa ćelije endokrinog pankreasa predstavljaju atraktivan izvor ćelija za potencijalnu terapiju dijabetesa zato što dele zajedničko pore- klo sa beta ćelijama, imaju visok nivo plastičnosti kao i zbog bliske pozicioniranosti koja obezbeđuje prirodno okruženje pogodno za njihovo preživljavanje. Jedna od nedavnih studija je podrazumevala upotrebu EpiCRISPR sistema za ciljano uvođenje metilacije u okviru promotora gena Arx u alfa ćeli- jama pankreasa miša u cilju njihove transdiferencijacije. Uvedene izmene na nivou epigenoma su do- vele do pokretanja ekspresije insulina u alfa ćelijama pankreasa miša i inicijacije procesa njihove transdiferencijacije u ćelije koje produkuju insulin.

Diabetes is caused by a reduced number of beta cell mass, impaired functioning, or loss of beta cell identity through the dedifferentiation process. Direct cellular reprogramming is one of the current strategies in the potential diabetes therapy, which would replace the lack of functional beta cells and regulate insulin levels. This research approach involves the transdifferentiation of somatic cells from several organs into insulin-producing cells by modulating the expression pattern of transcription fac- tors responsible for maintaining cellular identity. This chapter will present current research involving cellular reprogramming using the new synthetic tools that have ability to introduce targeted (epi)ge- netic modifications. Special attention will be paid to the CRISPR/Cas9 system and its modifications. Pancreatic alpha cells represent an attractive cell source for potential diabetes therapy because they share a common origin with beta cells, have a high level of plasticity, and provide a natural environ- ment suitable for cell survival because of their close placement. One of the recent studies involved the use of the EpiCRISPR system for targeted DNA methylation within the Arx gene promoter in murine pancreatic alpha cells. The introduced changes at the epigenetic level led to the initiation of insulin expression in the alpha cells of the mouse pancreas and the initiation of their transdifferentiation pro- cess into insulin-producing cells.