胰岛素基因突变的新位点影响胰岛β细胞功能的机制研究

The absolute or relative lack of insulin resulting from islet β-cell failure is a key factor in the pathogenesis of various types of diabetes. So far the mechanism of β-cell failure has not been fully elucidated..Previous researches have found that misfolded proteins accumulation in endoplasmic reticulum may lead to endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis. As the main protein β-cell synthesis, insulin biosynthesis rises up under high glucose stimulation, and the proportion of misfolded (pro)insulin greatly increased, suggesting that accumulation of misfolded proinsulin may lead to β-cell apoptosis by inducing endoplasmic reticulum stress. On the other hand, previous studies have shown that classical proinsulin misfolding expressed by C (A7) Y INS gene mutant may affect the synthesis, folding, processing and secretion of the co-expressed wild type proinsulin, which is called dominant negative effect. The dominant negative effect on wild type proinsulin will severe the lack of insulin and impair beta cell function..In our study, a novel mutations of INS-IGF2 gene, c.163C>T (R55C) , will be used to study the effects of two mutations on insulin biosynthesis; Whether the misfolded proinsulin can induce endoplasmic reticulum stress and dominant negative effects through polymerization will be explored in our study.

胰岛β细胞功能衰竭导致胰岛素相对或绝对缺乏，是糖尿病发生的关键原因。然而胰岛β细胞衰竭的机制尚未明确。.前期研究发现，胰岛素错误折叠、堆积引起的内质网应激能够诱导β细胞凋亡。高糖负荷时胰岛素合成速率增长，导致错误折叠的胰岛素原/胰岛素比率显著增加，提示胰岛素原的错误加工、折叠会加剧内质网应激，导致β细胞凋亡。另一方面，前期的研究发现胰岛素基因C（A7）Y突变表达的经典错误折叠胰岛素原可影响共表达的野生型胰岛素原的合成、折叠、加工剪切和分泌（即为显性负效应），加重胰岛β细胞功能损害，形成恶性循环。.本课题新发现的胰岛素原基因突变c.163C>T (R55C)，运用蛋白标记追踪和放射免疫方法探讨该突变对胰岛素合成过程的影响；研究胰岛素原的剪切、折叠错误能否通过形成多聚体，诱导内质网应激和显性负效应进而引起β细胞功能损害。

胰岛β细胞功能衰竭所致的胰岛素缺乏是2型糖尿病发生的关键因素。胰岛素及前体的正确生物合成是胰岛β细胞发挥正常生理功能的核心。课题组的前期研究提示，高糖状态下β细胞内胰岛素原错误折叠的比例显著升高，并在胰岛β细胞功能衰竭过程中发挥关键作用，胰岛素原发生错误折叠和其导致的内质网应激是2型糖尿病早期胰岛细胞的标志性改变。由胰岛素基因突变所致的单基因糖尿病为我们提供了天然的2型糖尿病发病机制的研究模型。课题组系统研究了导致青少年发病的成人型糖尿病（MODY）的胰岛素基因突变R55C所引起的分子生物学改变，并与引起NDM（新生儿糖尿病）的胰岛素突变C(A7)Y相比较。我们发现，胰岛素基因突变R55C可导致错配二硫键增多，在内质网腔内形成错误折叠的胰岛素原高分子复合物，引起胰岛素原从内质网前向输出障碍。突变型胰岛素原在内质网的聚集，导致持续的内质网应激和随之而来的细胞凋亡。同时，突变型胰岛素原不仅自身形成分子间异常二硫键，还与共表达的正常的胰岛素原形成异常二硫键，导致正常的胰岛素原滞留于内质网、成熟胰岛素产量下降（显性负效应）。该研究让我们深入认识胰岛素原的行为缺陷和糖尿病临床表现的内在关联，证实了胰岛素原的错误折叠和内质网应激在糖尿病的发生发展中所发挥的重要作用，对未来糖尿病的新药研发提供了可能的新靶点和思路。