Анализ локализации коннексина 36 в эндокринной части ткани поджелудочной железы при моделировании различных подтипов гестационного сахарного диабета у крыс

Введение. Согласно современным представлениям, гестационный сахарный диабет (ГСД) является гетерогенным заболеванием, включающим в себя несколько подтипов: с инсулинорезистентностью (ИР) и дисфункцией β-клеток поджелудочной железы. Выявлено, что клетки поджелудочной железы экспрессируют белок щелевых контактов — коннексин 36, — а содержащие этот белок щелевые контакты в норме координируют пульсирующую динамику Ca ²⁺ и высвобождение инсулина; нарушение этого процесса может являться одним из патогенетических механизмов ГСД.

Цель работы — изучить распределение коннексина 36 в ткани поджелудочной железы при моделировании различных подтипов ГСД у крыс.

Материалы и методы. Проведено проспективное исследование на белых нелинейных крысах: 50 самках и 15 самцах. Крысы-самки после подтверждения были разделены на 3 группы: I — 15 беременных крыс (контрольная); II — 12 беременных крыс (модель подтипа с дисфункцией β-клеток поджелудочной железы); III — 12 беременных крыс (модель подтипа с ИР). Всем крысам проведено иммуногистохимическое исследование на парафиновых срезах с использованием первичных кроличьих поликлональных антител к коннексину 36 (Invitrogen, США).

Результаты. При исследовании образцов поджелудочной железы группы III отмечено резкое снижение уровня экспрессии коннексина 36. В образцах группы II выявлено, что в эндокринных участках железы мембранная реакция между клетками отрицательна. При морфометрическом исследовании определено достоверное снижение как удельной плотности иммунных комплексов, так и их средней площади в группах III и II (p < 0,050).

Обсуждение. Проведенное иммуногистохимическое исследование распределения коннексина 36 свидетельствует о снижении электротонической сообщаемости посредством щелевых контактов как в модели подтипа ГСД с преобладающей ИР, так и дисфункцией β-клеток поджелудочной железы.

Заключение. Полученные результаты позволяют предположить, что редукция коннексина 36 может сопровождать развитие патогенетических механизмов ГСД.

1. Volkova NI, Davidenko IY, Degtiareva YS, Sorokina YA, Avrutskaya VV. Clinical characteristics of patients with different subtypes of gestational diabetes mellitus: Research results. Diabetes Mellitus. 2024;27(4):336–346. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.14341/DM13105.

2. Volkova NI, Davidenko IYu, Degtyareva YuS. Gestational diabetes mellitus. Obstetrics and Gynecology. 2021;(9):174–179. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18565/aig.2021.9.174-179.

3. Benhalima K, Van Crombrugge P, Moyson C, Verhaeghe J, Vandeginste S, Verlaenen H, et al. Characteristics and pregnancy outcomes across gestational diabetes mellitus subtypes based on insulin resistance. Diabetologia. 2019;62:2118–2128. DOI: https://doi.org/10.1007/s00125-019-4961-7.

4. Powe CE, Allard C, Battista MC, Doyon M, Bouchard L, Ecker JL, et al. Heterogeneous contribution of insulin sensitivity and secretion defects to gestational diabetes mellitus. Diabetes Care. 2016;39(6):1052–1055. DOI: https://doi.org/10.2337/dc15-2672.

5. Liu Y, Hou W, Meng X, Zhao W, Pan J, Tang J, et al. Heterogeneity of insulin resistance and beta cell dysfunction in gestational diabetes mellitus: A prospective cohort study of perinatal outcomes. Journal of Translational Medicine. 2018;16(1):289. DOI: https://doi.org/10.1186/s12967-018-1666-5.

6. Feghali M, Atlass J, Ribar E, Caritis S, Simhan H, Scifres C. Subtypes of gestational diabetes mellitus based on mechanisms of hyperglycemia. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 2019;220(1 Suppl):S66. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajog.2018.11.091.

7. Layton J, Powe C, Allard C, Battista M, Doyon M, Bouchard L, et al. Maternal lipid profile differs by gestational diabetes physiologic subtype. Metabolism. 2019;91:39–42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.metabol.2018.11.008.

8. Selen DJ, Edelson PK, James K, Corelli K, Hivert MF, Meigs JB, et al. Physiological subtypes of gestational glucose intolerance and risk of adverse pregnancy outcomes. American Journal of Obstetrics & Gynecology. 2022;226(2):241.e1–241.e14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajog.2021.08.016.

9. Retnakaran R, Ye C, Hanley AJ, Connelly PW, Sermer M, Zinman B. Subtypes of gestational diabetes and future risk of pre-diabetes or diabetes. eClinicalMedicine. 2021;40:101087. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2021.101087.

10. Wen L, Chen Y, Liu T, Wang Y, Baker PN, Qi H, et al. Different subtypes of gestational diabetes mellitus are associated with distinct perinatal outcomes in twin pregnancies. Diabetes Research and Clinical Practice. 2023;204:110920. DOI: https://doi.org/10.1016/j.diabres.2023.110920.

11. Volkova NI, Davidenko IY, Degtiareva YS. Treatment options for various subtypes of gestational diabetes mellitus. Pharmateca. 2024;(2):105–110. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18565/pharmateca.2024.2.105-110.

12. González-Nieto D, Gómez-Hernández JM, Larrosa B, Gutiérrez C, Muñoz MD, Fasciani I, et al. Regulation of neuronal connexin-36 channels by pH. PNAS. 2008;105(44):17169–17174. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0804189105.

13. Saez JC, Berthoud VM, Branes, MC, Martinez AD, Beyer EC. Plasma membrane channels formed by connexins: Their regulation and functions. Physiological Reviews. 2003;83(4):1359–1400. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.00007.2003.

14. Söhl G, Willecke K. Gap junctions and the connexin protein family. Cardiovascular Research. 2004; 62(2):228–232. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cardiores.2003.11.013.

15. Michon L, Nlend Nlend R, Bavamian S, Bischoff L, Boucard N, Caille D, et al. Involvement of gap junctional communication in secretion. Biochimica et Biophysica Acta. 2005:1719(1–2):82–101. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2005.11.003.

16. Serre-Beinier V, Le Gurun S, Belluardo N, Trovato-Salinaro A, Charollais A, Haefliger JA, et al. Cx36 preferentially connects beta-cells within pancreatic islets. Diabetes. 2000;49(5):727–734. DOI: https://doi.org/10.2337/diabetes.49.5.727.

17. Serre-Beinier V, Bosco D, Zulianello L, Charollais A, Caille D, Charpantier E, et al. Cx36 makes channels coupling human pancreatic beta-cells, and correlates with insulin expression. Human Molecular Genetics. 2009;18(3):428–439. DOI: https://doi.org/10.1093/hmg/ddn370.

18. Bayrasheva VK, Babenko AYu, Dmitriev YuV, Bairamov AA, Chefu SG, Shatalov IS, et al. A novel model of type 2 diabetes and diabetic nephropathy in rats. Translational Medicine. 2016;3(4):44–55. EDN: https://www.elibrary.ru/YMJGTJ.

19. Gheibi S, Kashfi K, Ghasemi A. A practical guide for induction of type-2 diabetes in rat: Incorporating a high-fat diet and streptozotocin. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2017;95:605–613. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2017.08.098.

20. Cruz PL, Moraes-Silva IC, Ribeiro AA, Machi JF, de Melo MDT, dos Santos F, et al. Nicotinamide attenuates streptozotocin-induced diabetes complications and increases survival rate in rats: Role of autonomic nervous system. BMC Endocrine Disorders. 2021;21(1):133. DOI: https://doi.org/10.1186/s12902-021-00795-6.

21. Kumar GL, Rudbeck L (eds.). Education guide — immunohistochemical staining methods. 5th ed. Carpenteria: Dako North America; 2009. VIII, 172 p.

22. Renne SL. How to measure your microscope’s HPF. A critical guide for residents. Pathologica. 2023; 115(6):302–307. DOI: https://doi.org/10.32074/1591-951X-900.

23. Hiżewska L, Osiak-Wicha C, Tomaszewska E, Muszyński S, Dobrowolski P, Andres K, et al. Morphometric analysis of developmental alterations in the small intestine of goose. Animals. 2023;13(20):3292. DOI: https://doi.org/10.3390/ani13203292.

24. Pagano M, Gauvreau K. Principles of biostatistics. 2nd ed. New York: Chapman and Hall/CRC; 2018. 584 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9780429489624.

25. Pérez-Armendariz EM. Connexin 36, a key element in pancreatic beta cell function. Neuropharmacology. 2013;75:557–566. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2013.08.015.

26. Ravier MA, Güldenagel M, Charollais A, Gjinovci A, Caille D, Söhl G, et al. Loss of connexin36 channels alters beta-cell coupling, islet synchronization of glucose-induced Ca 2+ and insulin oscillations, and basal insulin release. Diabetes. 2005;54(6):1798–1807. DOI: https://doi.org/10.2337/diabetes.54.6.1798.

27. Wellershaus K, Degen J, Deuchars J, Theis M, Charollais A, Caille D, et al. A new conditional mouse mutant reveals specific expression and functions of connexin36 in neurons and pancreatic beta-cells. Experimental Cell Research. 2008;314(5):997–1012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2007.12.024.

28. Speier S, Gjinovci A, Charollais A, Meda P, Rupnik M. Cx36-mediated coupling reduces beta-cell heterogeneity, confines the stimulating glucose concentration range, and affects insulin release kinetics. Diabetes. 2007;56(4):1078–1086. DOI: https://doi.org/10.2337/db06-0232.

29. St Clair JR, Westacott MJ, Miranda J, Farnsworth NL, Kravets V, Schleicher WE, et al. Restoring connexin-36 function in diabetogenic environments precludes mouse and human islet dysfunction. The Journal of Physiology. 2023;601(18):4053–4072. DOI: https://doi.org/10.1113/JP282114.

30. Tetenborg S, Wang HY, Nemitz L, Depping A, Espejo AB, Aseervatham J, et al. Phosphorylation of Connexin36 near the C-terminus switches binding affinities for PDZ-domain and 14–3–3 proteins in vitro. Scientific Reports. 2020;10(1):18378. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-75375-0.

31. Peng H, Zhang K, Miao J, Yang Y, Xu S, Wu T, et al. SnRNA-Seq of pancreas revealed the dysfunction of endocrine and exocrine cells in transgenic pigs with prediabetes. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(9):7701. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24097701.