O GENE PDX1 NA DUPLA VIDA DO PÂNCREAS

1. O GENE PDX1 NA DUPLA VIDA DO PÂNCREAS Ano Lectivo 2013/2014 Licenciatura em Biologia Humana Biologia do Desenvolvimento Docente: Professor Doutor Paulo de Oliveira Discentes: Bárbara Correia, 31156 Beatriz Martinez, 30181

2. O PÂNCREAS O pâncreas desenvolve-se a partir de duas glândulas na endoderme do primórdio do sistema digestivo superior. Vida Endócrina • Células α- produtoras de glucagina • Células β- produtoras de insulina • Células δ- produtoras de somatostanina • Células PP - produtoras de polipétidos pancreáticos Vida Exócrina Ácinos - produtores de enzimas digestivas

3. O PDX1 e seus associados no desenvolvimento do pâncreas

4. O QUE É O PDX1?

5. Indutores da expressão do PDX1

6. RB - Proteína do riboblastoma

7. ENHANCERS I, II, III E IV Enhancers do gene PDX1 onde se ligam os FOXA. O enhancer IV é um enhancer mais distante, capaz de dirigir a expressão do gene reporter das células B. Deleção dos enhancers I, II e III causa hipoplasia pancreática. Os enhancers I e II parecem actuar juntas para optimizar a expressão de PDX1 nas celulas β.

8. FOXA1 e FOXA2 Co-ocupam múltiplos domínios regulatórios no gene PDX1 Ablação destes fatores de transcrição resulta na perda de expressão do PDX1, um desenvolvimento corrompido dos ilhéus e ácinos bem como morte neonatal Estes enhancers são suficientes para dirigir a expressão do PDX1 e restaurar o desenvolvimento do pâncreas e a maturação dos ilhéus. Uma deficiência no FOXA2 resulta na ausência das células αmaturas e na redução da expressão do PDX1 e diferenciação das células β Remoção dos dois FOXA, 1 e 2, do primórdio pancreático causa uma agénese total do pâncreas e perda da expressão do PDX1. A expressão do PDX1 nas células endócrinas e exócrinas bem como a sua diferenciação são dependentes dos FOXA

10. Relação entre os FOXA e os Enhancers

11. SIRT 1

12. GATA 4 e 6 • São fatores de transcrição • Foram descobertos no enhancer II e são críticos para a organogénese do pâncreas • São essenciais para a proliferação, morfogénese, e diferenciação das células progenitoras pancreáticas • Mutações nestes FT são a maior causa de agénese pancreática

13. Ativam o PDX1 que por sua vez vai ativar um outro fator de transcrição essencial ao desenvolvimento pancreático • A deleção dos locais de ligação dos GATA inibe a ação do reporter na altura do desenvolvimento dos primordios pancreaticos • Defeitos morfológicos nos GATA origina uma falha na expansão do epitélio por problemas na proliferação e diferenciação celular • Quando há deleção dos dois GATA causa agénese pancreática, nascem com hiperglicémia e morrem pouco depois do parto

14. PCIF1 • É uma proteína nuclear que inibe a transativação do PDX1 • Contribui diretamente para a acumulação da proteína do PDX1 na célula β adulta • PCIF1 marca o PDX1 para ubiquitinação e degradação proteossomal através do Cul-3 • Deficiência no PCIF1 aumenta os níveis das proteínas do PDX1 • O PCIF1 mutado limita a acumulação do PDX1 nas células βadultas e, consequentemente, a expressão de insulina e outros genes alvo essenciais para a manutenção das células βe sua função. • PCIF1-Cul3 como alvo terapêutico pode aumentar as proteínas do PDX1 de modo a melhorar a função das células βtratamento para a diabetes

15. MNX-1 LBL-11/ISL-1 KRAS miRNA-375 p27 GATA Alvos e co-expressores do PDXI • PTF1A • NOTCH • NGN3 • PAX 4 e 6 • NKx • Maf • Mib-1

16. É um fator de transcrição necessário ao desenvolvimento do pâncreas e do sistema nervoso O PTFA1 está envolvido no aumento ou manutençao da expressão do Pdx1 durante o desenvolvimento dos primórdios pancreáticos Durante o desenvolvimento dos ácinos RBPJ é substituído por RPBJL Maturação dos ácinos e manutenção da expressão exócrina O FOXA2 está localizado num local especifico do pancreas com o PTF1A enquanto que os SOX estão no tubo neural dupla função do PTF1A PTF1A

18. Regula o destino da célula durante a embriogénese bem como a manutenção do mesmo durante a vida; Perturbações na via do NOTCH resultam numa alteração do destino da célula Na presença do NOTCH há expressão do mRNA HES1 e p48, o que leva as células a adotarem a componente exócrina Perda de função do NOTCH aumenta a expressão do gene NGN3 promovendo um destino endócrino NOTCH NGN3 • Fator de transcrição essencial uma vez que todas as células progenitoras endócrinas expressam este gene • Numa primeira fase a sua expressão resulta na produção de células produtoras de glucagina • Numa segunda fase intervêm na diferenciação das celulas endócrinas • Na ausência do NGN3 os ratinhos nascem sem ilhéus de Langherhans desenvolvendo diabetes

20. Pax 4

21. NKx • São reguladores essenciais ao desenvolvimento do pâncreas • NKx2.2 e NKx6.1. estão envolvidos nas linhagens celulares endócrinas • O NKx2.2 liga-se aos promotores de insulina e PAX4 • Quando perde expressão há uma redução das células βe PP bem como uma perda total das β • Na sua ausência as células βnão conseguem ativar o gene transcritor da insulina e não há NKx6.1 • No adulto a expressão do NKx6.1 está limita às celulas βsuprimindo a expressão de glucagina e modula a glicose por secreção de insulina • Uma deficiência neste regulador não afeta o desenvolvimento inicial mas há um comprometimento do desenvolvimento das células β

22. Maf A e B - Fatores de transcrição • Ratinhos knockout para o MAFA não demonstram alterações no desenvolvimento do pâncreas. • Perdem células βe a sua frequência apoptótica está aumentada originando intolerância à glicose e diabetes tipo 2 • O MAFA liga-se ao promotor da insulina e através da sua interação com o PDX1 e NEUROD1 ativa a transcrição do gene da insulina • O MAFB expressa-se a partir células αonde regula a expressão do gene da glucagina • Intervém no desenvolvimento e diferenciação das células αe βpor transcrição dos genes • O seu papel nas células αvai diminuindo após o nascimento

23. MIB-1 MNX-1 • Codifica a ligase E3 da ubiquitina essencial para a atividade ligase do NOTCH requerido para a formação das células β • Inativação do MIB-1 • redução das células β • Fator de transcrição com papel essencial no desenvolvimento e função do pâncreas • Suprime o destino das células αnos precussores das células β • Na sua ausência não se dá a formação do lobo dorsal • Ilhéus de Langherhans mais pequenos com número de células βreduzidas

24. Lbl-11 / Isl-1 KRAS Uma mutação oncogénica no KRAS despoleta a progressão e crescimento de adenocarcinomas no ducto pancreático (PDAC) Provoca: estimulação da absorção de glicose diferenciação dos canais intermediarios da glicose reprogramação do metabolismo da glutamina aumento da autofagia e macropinocitose • Regulador da transcrição expresso no pâncreas em desenvolvimento • Envolvido maturação, proliferação e sobrevivência da segunda onda dos ilhéus de Langerhans • Regula o MAFA • Quando há uma deficiência neste regulador os animais não desenvolvem células βfuncionais, têm dificuldade em expandir a sua massa endócrina após o nascimento levando à diabetes.

26. miRNA-375 p27 • Regula a expressão genética por ligação a sequências complementares • O miR-375 está presente na célula βe é regulado por vários fatores de transcrição incluindo o PDX1 • Sabe-se que miR-375 é essencial para a regulação do desenvolvimento do ducto, das celulas endócrinas e exócrinas. • Este regulador do ciclo celular é essencial para o estabelecimento da masa de células β • A sua ativação durante a embriogénese resulta num aumento da massa das células βapesar de não afetar a sua expansão pós-natal.

27. CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE PANCREÁTICA Pdx1 tem a sua expressão restrita à componente endócrina Expressão de MafB Inicio da expressão do lbl-11/isl-1 Ligação do PTFA1 a areá III para desenvolvimentos dos primórdios pancreáticos Nk6.1 restrito ao epitelio central Expressão do Pdx1 11.5 15.5 8.5 9.5 10.5 13.5 14.5 16.5 18.5 12 8 9 11 14 10 15 16 21 .1ªonda incia-se com a formaçao de celulas secretoras de insulina e glacagon .Pdx1 é mediador de sinais mesenquimas Sinais da ectoderme e mesoderme .Formação do broto dorsal e ventral .Inicio da formação das celulas endócrinas .Expressão do Ptfa1 .Pax 4 mRNA é detectado

28. CRONOLOGIA DA ORGANOGÉNESE PANCREÁTICA .2ªTransição .Pdx1 torna-se restrito para a cel. endócrina .Ptf1a torna-se restrito para a os ácinos Pdx1 é necessário para a diferenciação do tipo de células .Nkx2.2 torna-se restrito para as celulas endócrinas .Os ácinos e ductos tornam-se histologicamente diferentes .Fusão das 2 ramificações do pâncreas 11.5 15.5 8.5 9.5 10.5 13.5 14.5 16.5 18.5 12 8 9 11 14 10 15 16 21 .Os ácinos separam-se do ducto central .Cel. endócrinas formam estruturas tipo ilheu MafA inicia a sua expressão Início da formação dos ilhéus de Langerhans Expressão de Ngn3 Decide o que vai para a componente endócrina Maior surgimento de celulas β 2ªonda de pdx1

30. Componente Endócrina

31. NOTCH • Envolvido na patologia da diabetes. • Ativação do NOTCH exerce um efeito positivo na expressão/ secreção da insulina e proliferação celular por upregulation do PDX1 • Quando há bloqueio do NOTCH não se formam as proteínas necessárias o que resulta em sensibilidade à insulina. • Um mutante do NOTCH resulta numa resistência intermediária à insulina. • O Notch1 como potencial alvo terapeutico • Reverter hipoinsulinema através do Notch1 usando uma plataforma de RNAi • Reverter a hiper e hipoinsulinemia através de três ciclos de tratamento com PDX1 shRNA. Também reduz o volume de tumores.

32. TUMORES NEUROENDÓCRINOS PANCREÁTICOS (PNETs) • O NOTCH1 e o PDX1 estão sobreexpressos em PNETs • O HES1, alvo do NOTCH1, também está em expresso em PNETs • O NCID também se expressa em correlação com a sobreexpressão do PDX1, estes originam um aumento da proliferação de algumas células βem ratos com insulinoma; • O NOTCH1 faz upregulation do PDX1 apresentando um papel oncogénico nos PNETs

33. DIABETES TIPO 2 • Em ratinhos com uma dieta baixa em proteínas verificou-se uma redução da expressão da proteína do PDX1 e do seu mRNA • Uma exposição a uma dieta rica em gorduras pode alterar a sensibilidade à glicose e os mecanismos de sinalização de insulina • A descendência de progenitoras obesas tem uma redução da insulina, glicocinase, GLUT2 e da proteína do PDX1 • Alterações destes fatores contribuem para um redução do número de células β • Uma desregulação epigenética por alteração do ambiente in-utero aumenta a suscetibilidade à diabetes tipo 2.

34. MATURITY ONSET OF DIABETES OF THE YOUNG, TIPO4 (MODY4) • É uma forma da diabetes tipo 2 rara • Ligada à subexpressão do PDX1 no pâncreas humano por mutações inativadoras ou missense • O PDX1 controla a transcrição da insulina e expressão das enzimas associadas • A supressão do PDX1 nas células de insulina não altera o metabolismo da glicose mas inibe a libertação de insulina

35. Componente Exócrina

36. Metaplasias

38. KRAS

40. Interação do PDX1 com outras vias

41. SOX9 E O ADENOCARCINOMA DO DUCTO PANCREÁTICO Ácinos ADM - celulas com Sox9 / Ck19 PanINs PDA Notch Kras

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45. Obrigada pela vossa atenção!