Chromatin 3D interaction analysis of the STARD10 locus unveils FCHSD2 as a regulator of insulin secretion

Correction https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108881Using chromatin conformation capture, we show that an enhancer cluster in the STARD10 type 2 diabetes (T2D) locus forms a defined 3-dimensional (3D) chromatin domain. A 4.1-kb region within this locus, carrying 5 T2D-associated variants, physically interacts with CTCF-binding regions and with an enhancer possessing strong transcriptional activity. Analysis of human islet 3D chromatin interaction maps identifies the FCHSD2 gene as an additional target of the enhancer cluster. CRISPR-Cas9-mediated deletion of the variant region, or of the associated enhancer, from human pancreas-derived EndoC-bH1 cells impairs glucose- stimulated insulin secretion. Expression of both STARD10 and FCHSD2 is reduced in cells harboring CRISPR deletions, and lower expression of STARD10 and FCHSD2 is associated, the latter nominally, with the possession of risk variant alleles in human islets. Finally, CRISPR-Cas9-mediated loss of STARD10 or FCHSD2, but not ARAP1, impairs regulated insulin secretion. Thus, multiple genes at the STARD10 locus influence b cell function.Peer reviewe

Insulin inhibits glucagon release by SGLT2-induced stimulation of somatostatin secretion.

Hypoglycaemia (low plasma glucose) is a serious and potentially fatal complication of insulin-treated diabetes. In healthy individuals, hypoglycaemia triggers glucagon secretion, which restores normal plasma glucose levels by stimulation of hepatic glucose production. This counterregulatory mechanism is impaired in diabetes. Here we show in mice that therapeutic concentrations of insulin inhibit glucagon secretion by an indirect (paracrine) mechanism mediated by stimulation of intra-islet somatostatin release. Insulin's capacity to inhibit glucagon secretion is lost following genetic ablation of insulin receptors in the somatostatin-secreting δ-cells, when insulin-induced somatostatin secretion is suppressed by dapagliflozin (an inhibitor of sodium-glucose co-tranporter-2; SGLT2) or when the action of secreted somatostatin is prevented by somatostatin receptor (SSTR) antagonists. Administration of these compounds in vivo antagonises insulin's hypoglycaemic effect. We extend these data to isolated human islets. We propose that SSTR or SGLT2 antagonists should be considered as adjuncts to insulin in diabetes therapy

GLP-1 stimulates insulin secretion by PKC-dependent TRPM4 and TRPM5 activation.

Strategies aimed at mimicking or enhancing the action of the incretin hormone glucagon-like peptide 1 (GLP-1) therapeutically improve glucose-stimulated insulin secretion (GSIS); however, it is not clear whether GLP-1 directly drives insulin secretion in pancreatic islets. Here, we examined the mechanisms by which GLP-1 stimulates insulin secretion in mouse and human islets. We found that GLP-1 enhances GSIS at a half-maximal effective concentration of 0.4 pM. Moreover, we determined that GLP-1 activates PLC, which increases submembrane diacylglycerol and thereby activates PKC, resulting in membrane depolarization and increased action potential firing and subsequent stimulation of insulin secretion. The depolarizing effect of GLP-1 on electrical activity was mimicked by the PKC activator PMA, occurred without activation of PKA, and persisted in the presence of PKA inhibitors, the KATP channel blocker tolbutamide, and the L-type Ca(2+) channel blocker isradipine; however, depolarization was abolished by lowering extracellular Na(+). The PKC-dependent effect of GLP-1 on membrane potential and electrical activity was mediated by activation of Na(+)-permeable TRPM4 and TRPM5 channels by mobilization of intracellular Ca(2+) from thapsigargin-sensitive Ca(2+) stores. Concordantly, GLP-1 effects were negligible in Trpm4 or Trpm5 KO islets. These data provide important insight into the therapeutic action of GLP-1 and suggest that circulating levels of this hormone directly stimulate insulin secretion by β cells.We thank David Wiggins for excellent technical assistance. This work was supported by the Medical Research Council, Diabetes UK (to R. Ramracheya ), Oxford Biomedical Research Centre (to A. Tarasov), the Wellcome Trust (Senior Investigator Awards to A. Galione and P. Rorsman), the Warwick Impact Fund (to C. Weston and G. Ladds), the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (to G. Ladds), the Knut and Alice Wallenberg Foundation (to P. Rorsman), and the Swedish Research Council (to P. Rorsman). The initial stages of M. Shigeto’s stay in Oxford were supported by a fellowship from Kawasaki Medical School.This is the final version of the article. It was first available from the American Society for Clinical Investigation via http://dx.doi.org/10.1172/JCI8197

Author Correction: Super-resolution microscopy compatible fluorescent probes reveal endogenous glucagon-like peptide-1 receptor distribution and dynamics.

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Structure et dynamique fonctionnelle du domaine transmembranaire de la protéine SNARE VAMP2 lors de l’exocytose

Le maintien de l’homéostasie passe notamment par la sécrétion d’hormones provenant des cellules neuro-endocrines ou endocrines telles que les cellules chromaffines ou les cellules b pancréatiques. Par exemple, la régulation de la glycémie nécessite l’exocytose de l’insuline depuis les cellules b pancréatiques des îlots de Langerhans. Une famille de protéines membranaires est au cœur de la machinerie de fusion d’une vésicule avec la membrane plasmique. Ce groupe appelé, la famille des protéines SNARE est composé de trois protéines. VAMP2 est localisée à la membrane vésiculaire alors que syntaxine 1A et SNAP25 sont localisées à la membrane plasmique. Syntaxine 1A et VAMP2 ont un domaine transmembranaire alors que SNAP25 est reliée à la membrane par prénylation de résidus cystéine. Cette famille forme le complexe cytosolique SNARE décrit comme essentiel à l’exocytose. La structure et la fonction du complexe cytosolique ont été étudiées en profondeur et ont mené au modèle du « zipper ». Celui-ci décrit un enroulement progressif des domaines cytosoliques SNARE permettant l’apposition des membranes puis la fusion. Le rôle des domaines transmembranaires reste encore peu décrit. Pourtant, leur étude est nécessaire afin d’établir un modèle complet de la fusion membranaire par les protéines SNARE. Nous avons donc mené une étude alliant une analyse structurale dynamique à une analyse biologique pour déterminer l’importance du domaine transmembranaire de VAMP2 dans la sécrétion. L’analyse biologique représente donc le centre de ma thèse. Le système biologique utilisé est basé sur l’extinction de l’expression de la protéine VAMP2 endogène et l’expression concomitante d’une protéine VAMP2 mutée dans son domaine transmembranaire. Deux lignées cellulaires considérées comme des modèles dans l’étude de la sécrétion hormonale et du trafic vésiculaire ont servi de support à notre étude. Par des approches de microscopies (confocal, TIRF) et d’analyses biochimiques, nous avons observé les conséquences fonctionnelles des mutations ponctuelles, établis par mutagénèse dirigée, sur le trafic vésiculaire et sur la capacité des cellules à sécréter.Les mutations induites présentent différents effets cellulaires. Certaines bloquent la sortie de VAMP2 du réseau golgien alors que d’autres ont un effet important sur la sécrétion hormonale et plus précisément sur l’exocytose. Les études structurales ont permis de corréler ces effets avec une diminution de la flexibilité structurale dans le cas de la diminution de l’exocytose, ou avec une restriction à la conformation hélice alpha dans le cas du sorting. Ce projet pluridisciplinaire a pu mettre en avant le rôle biologique du domaine transmembranaire de VAMP2 au cours de l’exocytose probablement soutenue par la dynamique conformationelle unique observée par le versant structural du projet.The hormonal secretion plays a key role in the maintenance of homeostasis. For example, the maintenance of normoglycaemia requires insulin exocytosis from the pancreatic beta cells. The SNARE membrane family protein has been described as the core machinery of fusion between the vesicle containing hormones and the plasma membrane. This family consists of 3 different membrane proteins that are essential during exocytosis. VAMP2 is localized on the vesicle and Syntaxin 1A - on the plasma membrane. They both are transmembrane protein whereas SNAP25 is linked to the plasma membrane by palmitoylation. The SNAREs appear to be essential as they form the cytosolic SNARE complex to dock the vesicle to the plasma membrane. Even though the role of this cytosolic domain has been studied in depth, much less is known on the role of their transmembrane domain during the fusion. Their study remains necessary to establish a complete model of membrane fusion mediated by the SNARE proteins.Here, we have studied the behavior and the role of the SNARE transmembrane domain during exocytosis. In a multidisciplinary project, we have combined a structural approach with a biological study to evaluate the role of this domain. Using mutagenesis in the transmembrane domain of VAMP2 and a cellular system with a clean background, we have assessed the effect of mutations on the secretion and exocytosis in two different cell lines (INS1E and PC12). The biological system is based on the silencing of endogenous VAMP2 and reconstitution of the expression of VAMP2 wt or mutated in the transmembrane domain. Using biochemistry assay and TIRF microscopy we have shown that mutations in this domain can lead to a missorting of the Golgi apparatus or a reduction of the stimulated secretion and exocytosis. This effect can be correlated to a modification of the structural dynamics of this domain.The obtained results clearly demonstrate the role of the transmembrane domain of VAMP2 during exocytosis probably sustained by its unique structural dynamics observed by physico-chemistry

Structure et dynamique fonctionnelle du domaine transmembranaire de la protéine SNARE VAMP2 lors de l’exocytose

Le maintien de l’homéostasie passe notamment par la sécrétion d’hormones provenant des cellules neuro-endocrines ou endocrines telles que les cellules chromaffines ou les cellules b pancréatiques. Par exemple, la régulation de la glycémie nécessite l’exocytose de l’insuline depuis les cellules b pancréatiques des îlots de Langerhans. Une famille de protéines membranaires est au cœur de la machinerie de fusion d’une vésicule avec la membrane plasmique. Ce groupe appelé, la famille des protéines SNARE est composé de trois protéines. VAMP2 est localisée à la membrane vésiculaire alors que syntaxine 1A et SNAP25 sont localisées à la membrane plasmique. Syntaxine 1A et VAMP2 ont un domaine transmembranaire alors que SNAP25 est reliée à la membrane par prénylation de résidus cystéine. Cette famille forme le complexe cytosolique SNARE décrit comme essentiel à l’exocytose. La structure et la fonction du complexe cytosolique ont été étudiées en profondeur et ont mené au modèle du « zipper ». Celui-ci décrit un enroulement progressif des domaines cytosoliques SNARE permettant l’apposition des membranes puis la fusion. Le rôle des domaines transmembranaires reste encore peu décrit. Pourtant, leur étude est nécessaire afin d’établir un modèle complet de la fusion membranaire par les protéines SNARE. Nous avons donc mené une étude alliant une analyse structurale dynamique à une analyse biologique pour déterminer l’importance du domaine transmembranaire de VAMP2 dans la sécrétion. L’analyse biologique représente donc le centre de ma thèse. Le système biologique utilisé est basé sur l’extinction de l’expression de la protéine VAMP2 endogène et l’expression concomitante d’une protéine VAMP2 mutée dans son domaine transmembranaire. Deux lignées cellulaires considérées comme des modèles dans l’étude de la sécrétion hormonale et du trafic vésiculaire ont servi de support à notre étude. Par des approches de microscopies (confocal, TIRF) et d’analyses biochimiques, nous avons observé les conséquences fonctionnelles des mutations ponctuelles, établis par mutagénèse dirigée, sur le trafic vésiculaire et sur la capacité des cellules à sécréter.Les mutations induites présentent différents effets cellulaires. Certaines bloquent la sortie de VAMP2 du réseau golgien alors que d’autres ont un effet important sur la sécrétion hormonale et plus précisément sur l’exocytose. Les études structurales ont permis de corréler ces effets avec une diminution de la flexibilité structurale dans le cas de la diminution de l’exocytose, ou avec une restriction à la conformation hélice alpha dans le cas du sorting. Ce projet pluridisciplinaire a pu mettre en avant le rôle biologique du domaine transmembranaire de VAMP2 au cours de l’exocytose probablement soutenue par la dynamique conformationelle unique observée par le versant structural du projet.The hormonal secretion plays a key role in the maintenance of homeostasis. For example, the maintenance of normoglycaemia requires insulin exocytosis from the pancreatic beta cells. The SNARE membrane family protein has been described as the core machinery of fusion between the vesicle containing hormones and the plasma membrane. This family consists of 3 different membrane proteins that are essential during exocytosis. VAMP2 is localized on the vesicle and Syntaxin 1A - on the plasma membrane. They both are transmembrane protein whereas SNAP25 is linked to the plasma membrane by palmitoylation. The SNAREs appear to be essential as they form the cytosolic SNARE complex to dock the vesicle to the plasma membrane. Even though the role of this cytosolic domain has been studied in depth, much less is known on the role of their transmembrane domain during the fusion. Their study remains necessary to establish a complete model of membrane fusion mediated by the SNARE proteins.Here, we have studied the behavior and the role of the SNARE transmembrane domain during exocytosis. In a multidisciplinary project, we have combined a structural approach with a biological study to evaluate the role of this domain. Using mutagenesis in the transmembrane domain of VAMP2 and a cellular system with a clean background, we have assessed the effect of mutations on the secretion and exocytosis in two different cell lines (INS1E and PC12). The biological system is based on the silencing of endogenous VAMP2 and reconstitution of the expression of VAMP2 wt or mutated in the transmembrane domain. Using biochemistry assay and TIRF microscopy we have shown that mutations in this domain can lead to a missorting of the Golgi apparatus or a reduction of the stimulated secretion and exocytosis. This effect can be correlated to a modification of the structural dynamics of this domain.The obtained results clearly demonstrate the role of the transmembrane domain of VAMP2 during exocytosis probably sustained by its unique structural dynamics observed by physico-chemistry

Structure et dynamique fonctionnelle du domaine transmembranaire de la protéine SNARE VAMP2 lors de l'exocytose

Le maintien de l homéostasie passe notamment par la sécrétion d hormones provenant des cellules neuro-endocrines ou endocrines telles que les cellules chromaffines ou les cellules b pancréatiques. Par exemple, la régulation de la glycémie nécessite l exocytose de l insuline depuis les cellules b pancréatiques des îlots de Langerhans. Une famille de protéines membranaires est au cœur de la machinerie de fusion d une vésicule avec la membrane plasmique. Ce groupe appelé, la famille des protéines SNARE est composé de trois protéines. VAMP2 est localisée à la membrane vésiculaire alors que syntaxine 1A et SNAP25 sont localisées à la membrane plasmique. Syntaxine 1A et VAMP2 ont un domaine transmembranaire alors que SNAP25 est reliée à la membrane par prénylation de résidus cystéine. Cette famille forme le complexe cytosolique SNARE décrit comme essentiel à l exocytose. La structure et la fonction du complexe cytosolique ont été étudiées en profondeur et ont mené au modèle du zipper . Celui-ci décrit un enroulement progressif des domaines cytosoliques SNARE permettant l apposition des membranes puis la fusion. Le rôle des domaines transmembranaires reste encore peu décrit. Pourtant, leur étude est nécessaire afin d établir un modèle complet de la fusion membranaire par les protéines SNARE. Nous avons donc mené une étude alliant une analyse structurale dynamique à une analyse biologique pour déterminer l importance du domaine transmembranaire de VAMP2 dans la sécrétion. L analyse biologique représente donc le centre de ma thèse. Le système biologique utilisé est basé sur l extinction de l expression de la protéine VAMP2 endogène et l expression concomitante d une protéine VAMP2 mutée dans son domaine transmembranaire. Deux lignées cellulaires considérées comme des modèles dans l étude de la sécrétion hormonale et du trafic vésiculaire ont servi de support à notre étude. Par des approches de microscopies (confocal, TIRF) et d analyses biochimiques, nous avons observé les conséquences fonctionnelles des mutations ponctuelles, établis par mutagénèse dirigée, sur le trafic vésiculaire et sur la capacité des cellules à sécréter.Les mutations induites présentent différents effets cellulaires. Certaines bloquent la sortie de VAMP2 du réseau golgien alors que d autres ont un effet important sur la sécrétion hormonale et plus précisément sur l exocytose. Les études structurales ont permis de corréler ces effets avec une diminution de la flexibilité structurale dans le cas de la diminution de l exocytose, ou avec une restriction à la conformation hélice alpha dans le cas du sorting. Ce projet pluridisciplinaire a pu mettre en avant le rôle biologique du domaine transmembranaire de VAMP2 au cours de l exocytose probablement soutenue par la dynamique conformationelle unique observée par le versant structural du projet.The hormonal secretion plays a key role in the maintenance of homeostasis. For example, the maintenance of normoglycaemia requires insulin exocytosis from the pancreatic beta cells. The SNARE membrane family protein has been described as the core machinery of fusion between the vesicle containing hormones and the plasma membrane. This family consists of 3 different membrane proteins that are essential during exocytosis. VAMP2 is localized on the vesicle and Syntaxin 1A - on the plasma membrane. They both are transmembrane protein whereas SNAP25 is linked to the plasma membrane by palmitoylation. The SNAREs appear to be essential as they form the cytosolic SNARE complex to dock the vesicle to the plasma membrane. Even though the role of this cytosolic domain has been studied in depth, much less is known on the role of their transmembrane domain during the fusion. Their study remains necessary to establish a complete model of membrane fusion mediated by the SNARE proteins.Here, we have studied the behavior and the role of the SNARE transmembrane domain during exocytosis. In a multidisciplinary project, we have combined a structural approach with a biological study to evaluate the role of this domain. Using mutagenesis in the transmembrane domain of VAMP2 and a cellular system with a clean background, we have assessed the effect of mutations on the secretion and exocytosis in two different cell lines (INS1E and PC12). The biological system is based on the silencing of endogenous VAMP2 and reconstitution of the expression of VAMP2 wt or mutated in the transmembrane domain. Using biochemistry assay and TIRF microscopy we have shown that mutations in this domain can lead to a missorting of the Golgi apparatus or a reduction of the stimulated secretion and exocytosis. This effect can be correlated to a modification of the structural dynamics of this domain.The obtained results clearly demonstrate the role of the transmembrane domain of VAMP2 during exocytosis probably sustained by its unique structural dynamics observed by physico-chemistry.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

The transmembrane domain of the SNARE protein VAMP2 is highly sensitive to its lipid environment

International audienc

Generation of strong circularly polarized luminescence induced by chiral organogel based on L-glutamide

We manufactured a conjugated host-guest system using an organogel fabricated from L-glutamic acid derived self-assembling molecules as the host material and a non-chiral fluorescent dye as the guest molecule. On the basis of the investigation on the induced chirality (i-CD) toward non-chiral dye, we confirmed that the first circularly polarized luminescence (CPL) could be brought about through the complexation with the organogel. The intensity of the i-CD and i-CPL depended upon the amount and type of amine component added, with the intensity increasing significantly with amine content. (C) 2018 Taiwan Institute of Chemical Engineers. Published by Elsevier B.V. All rights reserved