In summary, two critical aspects of the β-cell biology have been addressed in
this thesis. We have shown that loss of Ago2 from β-cells potentiated the
release of β-cell secretome, besides insulin, as a result of de-repression of
miR-375-targeted genes. The β-cell secretome led to the identification of
several proteins that are important for optimal β-cell function.
Interestingly, several proteins within the β-cell secretome were previously
shown to be associated with bone physiology. Their release by the β-cells is
intriguing and future investigations could shed novel light on the β-cell-bone
interactions. On the other hand, we also established that silencing of miR-184
in vivo promoted the expression of its target Ago2 in the islets of several
mouse models of insulin resistance. In mouse models that overexpress Ago2
(dox-Ago2) or mice genetically ablated for miR-184 (miR-184KO), increased
expression of Ago2 resulted in increased β-cell proliferation. Elevated levels
of Ago2 in the islets of ob/ob mice enhanced miRNA function via increased
suppression of genes targeted by miR-375 such as Cadm1, Gphn, Rasd1, Ywhaz,
and HuD. These target genes are implicated in cellular growth and insulin
secretion pathways. Importantly, the miRNA pathway in the β-cell is able to
effectively sense nutrient changes and adjusts its activity accordingly. This
is demonstrated by the fact that restoration of insulin sensitivity by
ketogenic diet in ob/ob mice promoted the expression of miR-184 in the islets.
This in turn restored the levels of Ago2, Cadm1, and ultimately the β-cell
mass. Lastly, the levels of miR-184 were found to be downregulated in the
islets of T2D human donors, demonstrating the functional relevance of miR-184
in human disease. In addition, the expression of Ago2 inversely correlated to
that of miR-184 in islets across the entire cohort of human subjects. These
observations clearly indicate that feedback mechanisms exist within the miRNA
pathway so as to adjust the optimal release of β-cell secretome, besides
insulin, and β-cell proliferation according to insulin sensitivity. Future
studies to further dissect this pathway in the β-cell would shed novel light
into mechanisms of T2D in humans.Die hier vorgelegte Arbeit adressiert zwei kritische funktionelle Aspekte der
β-Zellbiologie. Wir konnten zeigen, dass der Verlust von Ago2 in β-Zellen zur
verstärkten Freisetzung von Insulin führt, bedingt durch die Derepression von
miR-375-Zielgenen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Ago2 auch das β-Zell-
Sekretom reguliert. Durch die erstmalige Identifizierung aller von β-Zellen
freigesetzter/sezernierter Proteine, waren wir auch in der Lage, einige
Proteine zu identifizieren, die eine wichtige Rolle für die normale Funktion
von β-Zellen spielen. Besonders interessant dabei ist, dass eine Reihe von
Proteinen, die von β-Zellen freigesetzt werden auch in der Physiologie von
Knochenzellen eine Rolle spielen. Dieser Umstand ist überraschend und
zusätzliche Untersuchungen könnten bisher unbekannte Verbindungen zwischen
Knochen- und β-Zellen aufzeigen. Zusätzlich haben wir in in-vivo Experimenten
gezeigt, dass die Expression von miR-184 in Langerhansschen Inseln bei
verschiedenen Mausmodellen der Insulin-Resistenz reduziert ist und zur
verstärkten Expression des miR-184-Zielgens Ago2 führt. Eine erhöhte
Expression von Ago2, sowohl in transgenen Mäusen, bei denen entweder Ago2
überexprimiert (dox-Ago2) oder miR-184 (miR-184KO) fehlte, führte zur
verstärkten β-Zellproliferation. Die verstärkte Expression von Ago2 in
Langerhansschen Inseln von ob/ob Mäusen führte zur einer erhöhten
Unterdrückung von miR-375 Zielgenen, wie Cadm1, Gphn, Rasd1, Ywhaz und HuD.
Diese Zielgene sind an der Regulation von Zellteilung und der Ausschüttung von
Insulin beteiligt. Wir konnten außerdem zeigen, dass der miRNA Signalweg
massgeblich auf Veränderungen im Nährstoffhaushalt reagiert und die Aktivität
entsprechend anpasst. Dies konnte durch die Gabe einer ketogenen Diät bei
ob/ob Mäusen beobachtet werden, die die Insulin-Resistenz verbessert und zu
einer erhöhten Expression von miR-184 führt. Infolgedessen normalisierte sich
die Expression von Ago2 und Cadm1 und letztlich die β-Zellmasse. Darüber
hinaus konnte eine inverse Korrelation von miR-184 und Ago2 Expression auch in
humanen Langerhansschen Inseln von gesunden und Typ 2 Diabetes erkrankten
Patienten beobachtet werden. Diese Beobachtungen weisen auf
Rückkopplungsmechanismen im miRNA Signalweg hin, die eine Anpassung der
Insulinsekretion und der Kontrolle der β-Zellteilung in Abhängigkeit von dem
Grad der Insulin-Resistenz ermöglichen. Zukünftige Studien zur Aufklärung
dieses Mechanismus in β-Zellen führt möglicherweise zur neuen Erkenntnissen
über die Entwicklung von Typ 2-Diabetes beim Menschen
