ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2020-4-6-13ssmu-4141Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSИнсулин-позитивные клетки печени и экзокринной части поджелудочной железы у животных с экспериментальным сахарным диабетомInsulin-positive cells in liver and exocrine part of pancreas in animals with experimental diabetes mellitushttps://orcid.org/0000-0001-5697-0370БайкеноваМ. Б.BaykenovaM. B.

106, Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

19, Mira Str., Yekaterinburg, 620002, Russian Federation

m.b.baikenova@urfu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5777-8097ЧерешневВ. А.ChereshnevV. A.

д-р мед. наук, профессор, академик РАН, гл. науч. сотрудник

Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

106, Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-7024-4110СоколоваК. В.SokolovaK. V.

мл. науч. сотрудник; аспирант

Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19 

106, Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

19, Mira Str., Yekaterinburg, 620002, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-3012-850XГеттеИ. Ф.GetteI. F.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

106, Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

ЕмельяновВ. В.EmelianovV. V.

19, Mira Str., Yekaterinburg, 620002, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-6841-1197ДаниловаИ. Г.DanilovaI. G.

д-р биол. наук, доцент, зав. лабораторией морфологии и биохимии

Россия, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

106, Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, 620219, Russian Federation

Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук (ИИФ УрО РАН); Уральский федеральный университет (УФУ) имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияInstitute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (UB RAS); Ural Federal University (UrFU) named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian FederationИнститут иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук (ИИФ УрО РАН)РоссияInstitute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (UB RAS)Russian FederationУральский федеральный университет (УФУ) имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University (UrFU) named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation202007012021194613Copyright © Байкенова М.Б., Черешнев В.А., Соколова К.В., Гетте И.Ф., Емельянов В.В., Данилова И.Г., 20212021Байкенова М.Б., Черешнев В.А., Соколова К.В., Гетте И.Ф., Емельянов В.В., Данилова И.Г.Baykenova M.B., Chereshnev V.A., Sokolova K.V., Gette I.F., Emelianov V.V., Danilova I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/4141Цель исследования

Цель исследования: сопоставить количество инсулин-положительных (инсулин+) клеток печени и экзокринной части поджелудочной железы с концентрацией глюкозы и гликированного гемоглобина (HbA1с) в крови, а также с количеством Pdx1-положительных (Pdx1+) клеток в этих органах при различных типах сахарного диабета в эксперименте.

Материалы и методы

Материалы и методы. Эксперимент проводился на 25 самцах крыс (линия Вистар, масса (303,0 ± 25,3) г), которые были разделены на три группы: 1-я – интактные животные, 2-я – животные с экспериментальным сахарным диабетом 1-го типа, 3-я – животные с экспериментальным сахарным диабетом 2-го типа. В работе осуществляли биохимический, иммуноферментный, иммуногистохимический и статистический анализы.

Результаты

Результаты. В печени и экзокринной части поджелудочной железы крыс с экспериментальным сахарным диабетом 1-го и 2-го типов обнаружены инсулин+ и Pdx1+-клетки. Наибольшее количество инсулин+-клеток в печени отмечается при сахарном диабете 2-го типа. Установлена корреляция между количеством инсулин+- клеток в печени и концентрацией HbA1с в крови при сахарном диабете 1-го и  2-го типов.

Заключение

Заключение. Инсулин+-клетки определяются в печени и экзокринной части  поджелудочной железы интактных животных и крыс, у которых воспроизведена модель  сахарного диабета 1-го и 2-го типов. Животные с экспериментальным сахарным  диабетом 2-го типа характеризуются большим количеством инсулин+-клеток печени по сравнению с крысами с экспериментальным сахарным диабетом 1-го типа. В зависимости от типа сахарного диабета в печени меняется локализация инсулин+- клеток. При экспериментальном сахарном диабете 2-го типа инсулин+-клетки печени расположены во всех частях печеночной дольки, тогда как у животных с экспериментальным сахарным диабетом 1-го типа эти клетки обнаруживаются преимущественно перипортально. Вероятно, экспрессия Pdx1+ в ацинарных клетках поджелудочной железы и клетках печени представляет собой механизм их перепрограммирования в инсулин+-клетки при экспериментальном сахарном диабете.

Aim

Aim. To compare the number of insulin+ cells in the liver and exocrine part of the pancreas with the type of  experimental diabetes, blood glycose and glycated hemoglobin (HbA1с) level and with the number of Pdx1+ cells.

Materials and methods

Materials and methods. The experiment was carried out on 25 male Wistar rats (weighting (303.0 ± 25.3) g) that were divided into 3 groups: the first group consisted of intact animals, the second had animals with experimental diabetes type 1, and the third with animals with experimental diabetes type 2. Biochemical, immunohistochemical, ELISA methods and statistical analysis were used.

Results

Results. Insulin+ and Pdx1+ cells of rats with experimental diabetes were found in the liver and exocrine part of pancreas. The highest number of insulin+ cells in the liver was detected in type 2 diabetes (T2D). A strong positive correlation between the number of insulin+ cells in the liver and level of glycosylated hemoglobin in theblood was revealed in both type 1 and type 2 diabetes.

Conclusion

Conclusion. Insulin+ cells are detected in the liver and acinar part of pancreas of both intact rats and rats with experimental diabetes. Group with T2D is characterized by the highest number of insulin+ cells in the livercompared with type 1 diabetes (T1D). The localization of insulin+ cells in the liver changes depending on the  type of diabetes. In T2D insulin+ cells are located in all parts of liver acini, meanwhile in animals with T1D such cells are mainly detected in the periportal area. The expression of Pdx1+ in acinar cells of pancreas and liver cells is likely a mechanism for their reprogramming into insulin+ cells in experimental diabetes mellitus.

сахарный диабетподжелудочная железапеченьинсулин+-клеткиPdx1+-клеткиdiabetes mellituspancreasliverinsulin+ cellsPdx1+ cellsРабота выполнена при поддержке гранта РНФ (№ 16-1500039-П) и бюджетной темы ИИФ УрО РАН (№ АААА-А18-118020590108-7).This work was financially supported by the Russian Science Foundation, grant No. 16-1500039-П and the budget project No. АААА-А18-118020590108-7 of the Institute of Immunology and Physiology UB RAS.ReferencesHarris-Hayes M., Schootman M., Schootman J.C., Hastings M.K. The Role of physical therapists in fighting the type 2 diabetes epidemic. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 2020; 50 (1): 5–16.Harris-Hayes M., Schootman M., Schootman J.C., Hastings M.K. The Role of physical therapists in fighting the type 2 diabetes epidemic. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 2020; 50 (1): 5–16.Salinno C., Cota P., Bastidas-Ponce A., Tarquis-Medina M., Lickert H, Bakhti M.β-Cell maturation and identity in health and disease. International Journal of Molecular Sciences. 2019; 20 (21): 5417–5422.Salinno C., Cota P., Bastidas-Ponce A., Tarquis-Medina M., Lickert H, Bakhti M.β-Cell maturation and identity in health and disease. International Journal of Molecular Sciences. 2019; 20 (21): 5417–5422.Moin A.S.M., Butler A.E. Alterations in betacell identity in type 1 and type 2 diabetes. Current Diabetes Reports. 2019; 19 (9): 83. DOI: 10.1007/s11892-019-1194-6.Moin A.S.M., Butler A.E. Alterations in betacell identity in type 1 and type 2 diabetes. Current Diabetes Reports. 2019; 19 (9): 83. DOI: 10.1007/s11892-019-1194-6.Hui H., Perfetti R. Рancreas duodenum homeobox-1 regulates pancreas development during embryogenesis and islet cell function in adulthood. European Journal of Endocrinology. 2002; 146 (2): 129–141. DOI: 10.1530/eje.0.1460129.Hui H., Perfetti R. Рancreas duodenum homeobox-1 regulates pancreas development during embryogenesis and islet cell function in adulthood. European Journal of Endocrinology. 2002; 146 (2): 129–141. DOI: 10.1530/eje.0.1460129.Oster A., Jensen J., Serup P., Galante P., Madsen O.D., Larsson L.I. Rat endocrine pancreatic development in relation to two homeobox gene products (Pdx-1 and Nkx 6.1). Histochem. Cytochem. 1998; 46 (6): 707–715.Oster A., Jensen J., Serup P., Galante P., Madsen O.D., Larsson L.I. Rat endocrine pancreatic development in relation to two homeobox gene products (Pdx-1 and Nkx 6.1). Histochem. Cytochem. 1998; 46 (6): 707–715.Kojima H., Fujimiya M., Matsumura K., Nakahara T., Hara M., Chan L. Extrapancreatic insulin producing cells in multiple organs in diabetes. PNAS. 2004; 101 (8): 2458–2463. DOI: 10.1073/pnas.0308690100.Kojima H., Fujimiya M., Matsumura K., Nakahara T., Hara M., Chan L. Extrapancreatic insulin producing cells in multiple organs in diabetes. PNAS. 2004; 101 (8): 2458–2463. DOI: 10.1073/pnas.0308690100.Beamish C.A., Strutt B.J., Arany E.J., Hill D.J. Insulin- positive, Glut2-low cells present within mouse pancreas exhibit lineage plasticity and are enriched within extra-islet endocrine cell clusters. Islets. 2016; 8 (3): 65–82. DOI: 10.1080/19382014.2016.1162367.Beamish C.A., Strutt B.J., Arany E.J., Hill D.J. Insulin- positive, Glut2-low cells present within mouse pancreas exhibit lineage plasticity and are enriched within extra-islet endocrine cell clusters. Islets. 2016; 8 (3): 65–82. DOI: 10.1080/19382014.2016.1162367.Dong-Sik H., Juyoung S., Ji-Won K., Heon-Seok P., Jae- Hyoung C., Kun-Ho Y. Generation of functional insulin- producing cells from neonatal porcine liver-derived cells by PDX1/VP16, BETA2/NeuroD and MafA. PLoS One. 2013; 8 (11): 76-79.Dong-Sik H., Juyoung S., Ji-Won K., Heon-Seok P., Jae- Hyoung C., Kun-Ho Y. Generation of functional insulin- producing cells from neonatal porcine liver-derived cells by PDX1/VP16, BETA2/NeuroD and MafA. PLoS One. 2013; 8 (11): 76-79.Данилова И.Г., Гетте И.Ф. Способ моделирования аллоксанового диабета. Патент на изобретение № 2534411; 2014.Данилова И.Г., Гетте И.Ф. Способ моделирования аллоксанового диабета. Патент на изобретение № 2534411; 2014.Спасов А.А., Воронкова М.П., Сингур Г.Л., Чепляева Н.И., Чепурнова М.В. Экспериментальная модель сахарного диабета типа 2. Биомедицина.2011; (3): 12–18.Спасов А.А., Воронкова М.П., Сингур Г.Л., Чепляева Н.И., Чепурнова М.В. Экспериментальная модель сахарного диабета типа 2. Биомедицина.2011; (3): 12–18.Hewitt S.M., Baskin D.G., Frevert C.W., Stahl W.L., Rosa-Molinar E. Controls for immunohistochemistry: the Histochemical Society’s standards of practice for validation of immunohistochemical assays. J. Histochem. Cytochem. 2014; 62 (10): 693–697. DOI: 10.1369/0022155414545224.Hewitt S.M., Baskin D.G., Frevert C.W., Stahl W.L., Rosa-Molinar E. Controls for immunohistochemistry: the Histochemical Society’s standards of practice for validation of immunohistochemical assays. J. Histochem. Cytochem. 2014; 62 (10): 693–697. DOI: 10.1369/0022155414545224.Seeberger K.L., Anderson S.J., Ellis C.E., Yeung T.Y., Korbutt G.S. Identification and differentiation of PDX1 β-cell progenitors within the human pancreatic epithelium. World J. Diabetes. 2014; 5 (1): 59–68. DOI: 10.4239/wjd.v5.i1.59.Seeberger K.L., Anderson S.J., Ellis C.E., Yeung T.Y., Korbutt G.S. Identification and differentiation of PDX1 β-cell progenitors within the human pancreatic epithelium. World J. Diabetes. 2014; 5 (1): 59–68. DOI: 10.4239/wjd.v5.i1.59.Иммуногистохимические методы: руководство; пер. с англ. под ред. Г.А. Франка, П. Г. Малькова. М., 2011: 224.Иммуногистохимические методы: руководство; пер. с англ. под ред. Г.А. Франка, П. Г. Малькова. М., 2011: 224.Geerts A. History, heteogeneity, developmental biology, and functions of quiescent hepatic stellate cells. Semin. Liver Dis. 2001; 21: 311–335.Geerts A. History, heteogeneity, developmental biology, and functions of quiescent hepatic stellate cells. Semin. Liver Dis. 2001; 21: 311–335.Kojima Н., Fujimiya M., Terashima T., Kimura H., Chan L. Extrapancreatic proinsulin/insulin-expressing cells in diabetes mellitus: Is history repeating itself? Endocr. J. 2006; 53 (6): 715–722.Kojima Н., Fujimiya M., Terashima T., Kimura H., Chan L. Extrapancreatic proinsulin/insulin-expressing cells in diabetes mellitus: Is history repeating itself? Endocr. J. 2006; 53 (6): 715–722.Okada T., Kimura A., Kanki K., Nakatani S., Nagahara Y., Hiraga M. et al. Liver Resident macrophages (Kupffer cells) share several functional antigens in common with endothelial cells. Scandinavian Journal of lmmunology Experimental Immunology. 2016; 83: 139–150.Okada T., Kimura A., Kanki K., Nakatani S., Nagahara Y., Hiraga M. et al. Liver Resident macrophages (Kupffer cells) share several functional antigens in common with endothelial cells. Scandinavian Journal of lmmunology Experimental Immunology. 2016; 83: 139–150.Банин В.В., Белоусова Т.А., Быков В.Л. и др. Terminologia histologica. Международные термины по цитологии и гистологии человека с официальным списком русских эквивалентов: справочное пособие; под ред. В.В. Банина, В.Л. Быкова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009: 272.Банин В.В., Белоусова Т.А., Быков В.Л. и др. Terminologia histologica. Международные термины по цитологии и гистологии человека с официальным списком русских эквивалентов: справочное пособие; под ред. В.В. Банина, В.Л. Быкова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009: 272.Vekemans K., Braet F. Structural and functional aspects of the liver and liver sinusoidal cells in relation to colon carcinoma metastasis. World J. Gastroenterol. 2005; 1 (33): 5095–5102. DOI: 10.3748/wjg.v11.i33.5095.Vekemans K., Braet F. Structural and functional aspects of the liver and liver sinusoidal cells in relation to colon carcinoma metastasis. World J. Gastroenterol. 2005; 1 (33): 5095–5102. DOI: 10.3748/wjg.v11.i33.5095.Chakrabarti S.K., James J.C., Mirmira R.G. Quantitative assessment of gene targeting in vitro and in vivo by the pancreatic transcription factor, PDX1. Importance of chromatin structure in directing promoter binding. J. Biol. Chem. 2002; 277: 13286–13293.Chakrabarti S.K., James J.C., Mirmira R.G. Quantitative assessment of gene targeting in vitro and in vivo by the pancreatic transcription factor, PDX1. Importance of chromatin structure in directing promoter binding. J. Biol. Chem. 2002; 277: 13286–13293.Andrali S., Smapley M, Vanderford N., Ozcan S. Glucose regulation of insulin gene expression in pancreatic β-cells. Biochemical Journal. 2008; 415 (1): 1–10.Andrali S., Smapley M, Vanderford N., Ozcan S. Glucose regulation of insulin gene expression in pancreatic β-cells. Biochemical Journal. 2008; 415 (1): 1–10.Koblas T., Leontovyc I., Loukotova S., Kosinova L., Saudek F. Reprogramming of pancreatic exocrine cells AR42J into insulin-producing cells using mRNAs for PDX1, Ngn3, and MafA transcription Factors. Official Journal of the American Society of Gene & Cell Therapy. 2016; 5: 1–12.Koblas T., Leontovyc I., Loukotova S., Kosinova L., Saudek F. Reprogramming of pancreatic exocrine cells AR42J into insulin-producing cells using mRNAs for PDX1, Ngn3, and MafA transcription Factors. Official Journal of the American Society of Gene & Cell Therapy. 2016; 5: 1–12.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.