Pancreatic Stellate Cells: A Rising Translational Physiology Star as a Potential Stem Cell Type for Beta Cell Neogenesis

The progressive decline and eventual loss of islet β-cell function underlies the pathophysiological mechanism of the development of both type 1 and type 2 diabetes mellitus. The recovery of functional β-cells is an important strategy for the prevention and treatment of diabetes. Based on similarities in developmental biology and anatomy, in vivo induction of differentiation of other types of pancreatic cells into β-cells is a promising avenue for future diabetes treatment. Pancreatic stellate cells (PSCs), which have attracted intense research interest due to their effects on tissue fibrosis over the last decade, express multiple stem cell markers and can differentiate into various cell types. In particular, PSCs can successfully differentiate into insulin- secreting cells in vitro and can contribute to tissue regeneration. In this article, we will brings together the main concepts of the translational physiology potential of PSCs that have emerged from work in the field and discuss possible ways to develop the future renewable source for clinical treatment of pancreatic diseases

Fragmentation Studies of Lysine and Lysine Analog Containing Tetrapeptides

The fragmentation patterns of lysine and lysine-analog containing tetrapeptides were analyzed in this study using collision induced dissociation (CID) in an ESI-ion trap mass spectrometer. Understanding the fragmentation mechanisms of lysine-containing peptides is integral to improving bottom-up proteomics techniques and peptide sequencing and searching algorithms. Lysine and its non-protein amino acid (NPAA) analogs ornithine, DABA, and DAPA have been shown to affect fragmentation patterns based on their basicities in dipeptides and tripeptides. Studies have shown the occurrence of sequence scrambling due to macrocyclization of pentapeptides during fragmentation, which can result in inaccurate database matching. This study of the twenty tetrapeptides AAAX, AAXA, AXAA, XAAA, and YAGX (X = Lys, Orn, DABA, or DAPA) looked for macrocyclization leading to sequence scrambling and analyzed the effects of positional variance and of differing basicities between lysine and its analogs on tetrapeptide fragmentation patterns. Fragmentation studies confirmed the occurrence of the ornithine effect, where there is selective cleavage C-terminal to an ornithine residue within the tetrapeptides. Macrocyclic sequence scrambling was found to not occur in significant amounts for these tetrapeptides. The formation of bn + H2O ions was found to be most prevalent when the basic amino acid residues were at the C-terminus of the tetrapeptides. Positional variance and basicities of the lysine and its NPAA analogs affected the stabilities of the tetrapeptides, and influenced fragmentation patterns. Further investigations of lysine-containing peptides are necessary to better understand the fragmentation mechanisms at work and improve the robustness of proteomics experiments using mass spectrometry

Metaproteomics of the Human Intestinal Tract to Assess Microbial Functionality and Interactions with the Host

Human physiological processes are complemented by those of the microbiota, the collection of all microbes living in and on our body. The human intestinal microbiota is one of the most prominent representatives and many associations with a wide spectrum of human diseases have been identified. Analysing faecal material with nucleic acid based approaches revealed the species richness of the intestinal microbiota and its individuality, being unique to each human being. In addition, to date approximately ten million unique genes have been identified from the human intestinal microbiota. These genes add an enormous additional genetic potential to the human genome, but little is known about which of these genes can be expressed into proteins and the conditions under which the protein synthesis occurs. The focus of this thesis work was to increase the knowledge of the biological processes taking place in-vivo, and to establish a baseline of these functions in the intestine of a healthy adult. Faecal material was used to study the metabolic reactions in the lower intestine, thus avoiding invasive sampling like biopsies. The proteins contained in the faecal material, which represent the molecules of most biological reactions, were targeted. At first, a method to access and analyse faecal proteins was developed, a so called metaproteomics approach. Proteins were analysed by mass spectrometry and the vast amount of resulting data was analysed with a wide range of computational methods to get a comprehensive overview of the intestinal functions. Altogether, 81 biological samples collected from 48 adults were analysed. As the main result, it was shown that individuals can be separated by their specific faecal protein profiles. This, in turn, indicates that the collection of intestinal microbial functions taking place in each of us are unique. In addition, the faecal protein profiles from obese individuals were found to be different from those of non-obese individuals. On a phylum level, it appeared that in obese individuals Bacteroidetes were biologically more active than the phylogenetic analysis suggested. This thesis work has identified several core intestinal proteins and helps to understand the functional significance of the intestinal microbiota. Next, we have to address these proteins in well concerted studies and still need to learn more about many of the encoded functions contained in the intestinal microbial genes.Suolistossamme elää monimuotoinen mikrobisto, joka toiminnoillaan täydentää ihmisen fysiologisia prosesseja. Suolistomikrobit osallistuvat muun muassa ruuansulatukseen, tuottavat vitamiineja ja säätelevät immuunijärjestelmän toimintaa. Teknologisen kehityksen myötä erilaisia mikrobipopulaatioita pystytään tutkimaan aiempaa kattavammin molekulaarisilla menetelmillä, jotka eivät vaadi bakteerien kasvattamista laboratoriossa. Metagenomiikka pyrkii DNA-sekvensoinnilla selvittämään kokonaisen ekosysteemin geenistön. Suolistomikrobiston metagenomitutkimukset ovat osoittaneet, että yksittäisen ihmisen suolistobakteeristo koodaa jopa miljoonaa geeniä, jotka osallistuvat kehomme toimintojen säätelyyn ihmisen perimän n. 20 000 geenin ohella. Satoja ihmisiä tutkimalla suolistomikrobistosta on tunnistettu yhteensä lähes 10 miljoonaa bakteeriperäistä geeniä. Tämän valtavan geneettisen kapasiteetin paljastuminen sekä suolistobakteeriston piirteiden yhteydet lukuisiin sairauksiin ovatkin nostaneet suolistobakteeritutkimuksen aktiiviseksi tutkimusalaksi niin mikrobiologiassa kuin biolääketieteessä. Laajat perimäaineksen sekvensointitutkimukset ovat paljastaneet suolistomikrobiston lajikoostumuksen ja geneettisen monimuotoisuuden. Mikrobiston geenien toimintojen sekä isännän ja mikrobiston vuorovaikutusmekanismien tuntemus on kuitenkin vielä alkutekijöissään, vaikka juuri näiden oletetaan selittävän, miten suolistomikrobisto liittyy erilaisiin sairauksiin. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää ihmisen suolistossa tapahtuvia toimintoja ja biologisia prosesseja tutkimalla proteiineja, solujen toiminnoista vastaavia molekyylejä. Menetelmänä käytettiin metaproteomiikkaa, jolla haluttiin tutkia paksusuolen proteiinikokonaisuutta. Proteiinit eristettiin ulostenäytteistä ja analysoitiin massaspektometrialla. Suuria tulosaineistoja analysoitiin erilaisin laskennallisin keinoin proteiinien tunnistamiseksi ja niiden tehtävien ennustamiseksi. Ensimmäisessä osatyössä kehitettiin ulostenäytteiden proteomianalyysiin soveltuva näytteenkäsittely- ja proteiinien tunnistusprotokolla. Tätä menetelmää sovellettiin yhteensä 81:een 48:sta aikuisesta kerättyyn ulostenäytteeseen. Näytteistä tunnistettiin tuhansia bakteeri- ja ihmisperäisiä proteiineja, joiden runsaus ja esiintyvyys eri henkilöissä vaihteli merkittävästi. Ulosteen proteiiniprofiilien ja siten suoliston toimintojen todettiin olevan yksilöllisiä ja ajallisesti suhteellisen vakaita. Vertaamalla lihavien ja normaalipainoisten ulosteen proteiiniprofiileja havaittiin eroja, jotka viittaavat Bacteroidetes-ryhmän bakteerien olevan toiminnallisesti aktiivisempia lihavien ihmisten suolistossa. Väitöskirjatyössä tehty peruskartoitus terveen aikuisen suoliston proteiineista auttaa ymmärtämään suolistobakteeriston toiminnallista merkitystä ja luo pohjan mm. eri sairauksiin liittyvien suolistoperäisten proteiiniprofiilin muutosten tunnistamiselle