Опосредованное Fam3a переключение проhормональной конвертазы в α-клетках регулирует продукцию ГПП-1 в поджелудочной железе зависимым от Nr4a2–Foxa2 образом

Введение: Показано, что Fam3a регулирует функцию β-клеток поджелудочной железы и гомеостаз глюкозы. Однако роль и механизм действия Fam3a в регуляции функции α-клеток остаются неизученными.

Методы: У мышей с глобальным нокаутом Fam3a (Fam3a−/−) измеряли уровни глюкагона и глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1) в поджелудочной железе и плазме. Для анализа корреляций экспрессии FAM3A и PCSK1 (кодирует PC1/3, расщепляющую проглюкагон с образованием ГПП-1) использовали наборы данных одноклеточного секвенирования РНК островков человека. В клетках αTC1.9 — линии α-клеток поджелудочной железы мыши — с помощью малой интерферирующей РНК или плазмиды подавляли экспрессию Fam3a либо повышали её и оценивали влияние Fam3a на экспрессию PC1/3 и продукцию ГПП-1. Транскриптомный анализ позволил выявить нижележащий медиатор, включая Nr4a2; его роль подтверждали при подавлении или повышении экспрессии Fam3a в клетках αTC1.9. На основании взаимодействующего с Nr4a2 белка и его прямого связывания с промотором Pcsk1 для дальнейшей проверки был выбран транскрипционный фактор Foxa2. Для уточнения участия пути Fam3a–Nr4a2–Foxa2 в экспрессии PC1/3 и продукции ГПП-1 использовали анализ ядерной транслокации и репортёрный анализ с двойной люциферазой. Кроме того, были получены мыши с α-клеточно-специфичным нокаутом Fam3a (Fam3a−/−), у которых оценивали метаболические показатели и уровни гормонов при нормогликемии, на фоне высокожировой диеты и при диабете, индуцированном стрептозотоцином. Для изучения паракринных эффектов ГПП-1 у мышей Fam3a−/− и в их первичных островках применяли эксендин 9–39 (Ex9), антагонист рецептора ГПП-1.

Результаты: По сравнению с мышами дикого типа у мышей Fam3a−/− были повышены уровни активного ГПП-1 в поджелудочной железе и плазме. Анализ наборов данных одноклеточного секвенирования РНК островков человека выявил значимую отрицательную корреляцию между FAM3A и PCSK1 в α-клетках. Подавление Fam3a в клетках αTC1.9 повышало экспрессию PC1/3 и продукцию ГПП-1, тогда как сверхэкспрессия Fam3a оказывала противоположное действие. Транскриптомный анализ выявил Nr4a2 как ключевой нижележащий медиатор Fam3a; в клетках αTC1.9 подавление и сверхэкспрессия Fam3a соответственно снижали и повышали экспрессию Nr4a2. Подавление Nr4a2 увеличивало экспрессию PC1/3, хотя Nr4a2 непосредственно не связывался с промотором Pcsk1. Вместо этого Nr4a2 образовывал комплекс с Foxa2, способствуя опосредованной Fam3a ядерной транслокации Foxa2. Foxa2 отрицательно регулировал экспрессию PC1/3 и продукцию ГПП-1. Кроме того, Foxa2 подавлял транскрипционную активность промотора Pcsk1 в участках специфического связывания 10 и 6; в клетках αTC1.9 это подавление усиливалось под действием Nr4a2. По сравнению с однопомётниками Flox/cre у мышей Fam3a−/− отмечались улучшение толерантности к глюкозе, повышение уровня активного ГПП-1 в поджелудочной железе и плазме, повышение уровня инсулина в плазме в ответ на глюкозу и снижение уровня глюкагона в плазме. В первичных островках, выделенных от мышей Fam3a−/−, также усиливалось высвобождение активного ГПП-1 и инсулина. Кроме того, инсулинотропный эффект внутриостровкового ГПП-1 блокировался Ex9 у мышей Fam3a−/− и в их первичных островках. Аналогично, у мышей Fam3a−/−, получавших высокожировую диету, улучшалась толерантность к глюкозе. У мышей Fam3a−/− на фоне высокожировой диеты и при диабете, индуцированном стрептозотоцином, повышался уровень активного ГПП-1 в поджелудочной железе, увеличивался уровень инсулина в плазме и снижался уровень глюкагона в плазме.

Выводы: Дефицит Fam3a в α-клетках усиливает продукцию ГПП-1 в поджелудочной железе и улучшает функцию β-клеток посредством паракринной передачи сигнала, зависящей от Nr4a2–Foxa2–PC1/3. Полученные данные раскрывают новый подход к перепрограммированию продукции α-клетками производных проглюкагона — с переключением с глюкагона на ГПП-1 — и углубляют понимание взаимодействия между α- и β-клетками.