Potencjał wysp Langerhansa do zmian strukturalno-funkcjonalnych podczas ciąży w modelu mysim

Okres ciąży wymaga szeregu adaptacji, które pozwalają na poprawny podział dostępnych zasobów pomiędzy matką a płodem, niezbędny zarówno do wewnątrzmacicznego wzrostu i zaspokojenia bieżących potrzeb matki, jak i do późniejszej laktacji. W modelu mysim, ciężarna samica podlega istotnym zmianom fizjologicznym, które pozwalają na utrzymanie macicy z płodami, stanowiące nawet 20-30% jej masy ciała. Obserwowane jest zwiększenie wagi organów reprodukcyjnych, serca, wątroby i trzustki które, połączone ze zmianami funkcjonalnymi i strukturalnymi, pozwalają sprostać metabolicznym wyzwaniom ciąży. Celem prezentowanej pracy była próba odpowiedź na pytanie, czy następują zmian cytoarchitektury i funkcjonalne wysp trzustkowych w ciąży i wraz z jej progresją, szczególnie w końcowej 1/3 okresu ciąży, kiedy wymogi płodu są największe, a zdolność matki do przekazywania zasobów staje się ograniczona (dzień 16 i dzień 19 z 20-dniowego okresu ciąży). W ramach eksperymentów przeprowadzono porównanie ciężarnych samic (dzień 16 i 19 ciąży) z dziewiczymi samicami i z męską grupą kontrolną. W ramach eksperymentów zastosowano techniki barwienia immunofluorescencyjnego, wykorzystując zarówno mikroskop fluorescencyjny, jak i konfokalny. W dalszych etapach badań zoptymalizowano rozbudowaną procedurę chirurgiczną izolacji wysp Langerhansa z ciężarnych samic, jak również biochemiczne techniki analizy funkcjonalnej in vitro izolowanych wysp. Wszystkie analizowane parametry, w tym wbudowywanie BrdU do DNA, pozytywne barwienie immunofluorescencyjne komórek zawierających aktywna kaspazę-3, występowanie niewielkich wysp trzustkowych oraz pomiar in vitro stymulowanej glukozą sekrecji insuliny wskazują na 16 dzień ciąży, jako czas maksymalnej zdolności do zmian strukturalno-funkcjonalnych wysp Langerhansa, w porównaniu do dziewiczych samic i grupy samców. W dniu 19, przed porodem, nie wykazano proliferacji komórek β, obserwowano zmniejszoną liczbę komórek zawierających aktywną kaspazę-3, a stymulowana glukozą sekrecja insuliny zmniejszyła się do ok. 50% w stosunku do obserwowanej w dniu 16. U dziewiczych samic, podobnie jak u samic w dniu 19 ciąży nie zaobserwowano wbudowywania BrdU do DNA, a poziom aktywnej kaspazy-3 był najniższy ze wszystkich grup samic. Podobnie nie zaobserwowano oznak zmiany struktury wysp Langerhansa u samców, co potwierdza ciążozależny charakter obserwowanych zmian. Podsumowując, w ramach projektu wykazano szereg adaptacji związanych z homeostazą glukozy, które zachodzą poprzez zmiany funkcjonalne i strukturalne wysp trzustkowych.Gestational adaptations are required to achieve the appropriate distribution of resources between the mother and fetus that is optimal for both intrauterine growth and maternal requirements to support the pregnancy and lactation. In mice, the pregnant dam undergoes major physiological changes which enable her to support a gravid uterus that accounts for 20-30% of her mass at term. There is an increase in the weight of the dam’s reproductive tissues, heart, liver and pancreas with potential functional and structural adaptations which help to meet metabolic challenge of pregnancy. The aim of this project was to determine whether the cytoarchitecture and remodeling potential of pancreas islets are affected by pregnancy in the mouse, adding to that analysis of the changes in the function of β-cells with gestational age. This study focused on the terminal 1/3rd of pregnancy, when fetal demand for resources are the greatest and maternal ability to supply becomes constrained (studied days 16 and 19 of pregnancy, term=20 days). It involved the comparison of pregnant females to virgin female counterparts and male mice. The project employed immunostaining, using both, fluorescent and confocal microscopy techniques, the optimization of the surgical technique for islets isolation from female mice and biochemical functional assays of β-cells in vitro. All analyzed parameters as BrdU incorporation, caspase-3-positive cell immunostaining, small islets occurrence and glucose stimulated insulin secretion in vitro indicate day 16 gestational age as the time of maximal remodeling capacity of islets of Langerhans as compared to other analyzed conditions. Near term, at day 19 gestational age, no β-cell proliferation was detected, less of caspase-3 positive cells were observed and insulin index from glucose stimulated insulin secretion was reduced to ~50% of the day 16 gestational age value. Conversely, in virgin counterpart there was no BrdU incorporation detected as on day 19 gestational age and the lowest value of caspase-3 positive cells from all female conditions. Similarly, there was no β-cells remodeling observed in the male pancreas, confirming the pregnancy-dependent character of the observed changes. Overall the project shows that, during mouse pregnancy, there are major adaptations in glucose homeostasis by means of cytoarchitectural and functional changes in pancreas