Hvordan type 2-diabetes udvikler sig, forstår vi stadig dårligt. En grund er, at mange af de involverede væv er dybt inde i bughulen, hvilket gør det meget risikabelt at studere levende mennesker. I en ny undersøgelse brugte forskere parrede vævsprøver fra organdonorer til at skabe et atlas over, hvordan type 2-diabetes ændrer proteinudtryk på tværs af flere organsystemer. En forsker håber, at metoden vil generere hypoteser til fremtidige undersøgelser.
Selvom virkningerne af type 2-diabetes er veldokumenterede, er vejen derhen – celle- og organændringerne, der sker, når man går fra normal tilstand til sygdom – stadig dårligt forstået. På grund af den normale praksis ved vævsbanker skal forskere se på et enkelt organ ad gangen, for eksempel bare bugspytkirtlen eller leveren. Det gør det svært at forstå, hvordan det passer ind i den bredere kontekst af de andre organer og væv.
I et nyt forskningsprojekt, offentliggjort i Cell Reports Medicine, brugte forskerne i stedet parrede vævsprøver fra organdonorer til at skabe et atlas over, hvordan diabetes ændrer proteinekspression på tværs af flere organsystemer.
"Det er unikt materiale," siger hovedforfatter Klev Diamanti, dataforsker ved Institut for Immunologi, Genetik og Patologi ved Uppsala Universitet i Sverige. Muligheden for at "kombinere de forandringer, der sker i forskellige organer i forskellige stadier af diabetes" vil være meget værdifuldt i arbejdet på at fastlægge sygdommens mystiske mekanismer.
En ekstraordinær gave
Forskere, der tidligere har forsøgt at studere udviklingen af type 2-diabetes, har haft dårlig adgang til de involverede væv. "Fedt, for eksempel, og selvfølgelig også blod er let at få" fra levende mennesker, siger Diamanti. Men organer, der er nøglen til at forstå diabetes – såsom bugspytkirtel-øerne – er begravet dybt i bughulen og næsten umulige at få adgang til uden at risikere skader på andre indre organer.
Men for omkring et årti siden åbnede samarbejdet med det svenske organtransplantationsnetværk nye døre for diabetesforskere, forklarer medforfatter Claes Wadelius, som er professor i medicinsk genetik ved Uppsala Universitet og studerer udviklingen af diabetes.
Det nye program gjorde det muligt for folk, der havde valgt at donere deres organer til transplantation, at vælge at donere deres væv til videnskabelig forskning. Dette skabte en unik mulighed for at erhverve parrede prøver – i bund og grund sæt af organ- og vævsprøver, der vides at være fra den samme donor – som gør det muligt for forskere bedre at forstå, hvordan organsystemer interagerer og skabe et mere helstøbt billede af sygdommen.
I det nye studie undersøgte forskerne fem nøglevæv fra 43 individuelle donorer: blodserum; leveren, som er ansvarlig for glukoseproduktionen; visceralt fedtvæv, der omgiver de indre organer og kan påvirke insulinfølsomheden; bugspytkirtlens øer – klynger af insulin-udskillende celler, der betragtes som epicentret for diabetes; og endelig skeletmuskulatur, som udover at være centralt for vores bevægelser også lagrer en betydelig mængde energi.
Mange mennesker viser ingen symptomer
Donorerne blev grupperet efter deres evne til at regulere blodsukkeret: personer diagnosticeret med type 2-diabetes, personer med normal blodsukkerregulering (normoglykæmi) og en tredje kategori af personer med prædiabetes.
Mennesker med prædiabetes har forstyrret blodsukkerregulering, men ikke så alvorligt som type 2-diabetes. "Mange mennesker viser ingen symptomer på det tidspunkt og føler ikke noget galt i deres krop," forklarer Diamanti. "Så de fortsætter deres liv som normalt." Prædiabetes diagnosticeres ved at spore niveauer af glykeret hæmoglobin i 3-4 måneder, og forskerne havde adgang til disse data og begrænset anden information gennem transplantationsnetværket.
Forskerne understreger, at prøverne fra mennesker med normoglykæmi, prædiabetes og diabetes ikke er en tidssekvens, og at tage prøver, efterhånden som sygdommen skrider frem hos et individ, ville være det ideelle. Men da det ikke er muligt, må forskere i stedet studere forskellen på de tre grupper.
En biologisk logbog
Forskerne brugte proteinanalyse for at bestemme tilstanden af de fem organer og væv. Proteiner fungerer som en slags logbog over, hvilke gener der bliver udtrykt og aktiviteten af forskellige metaboliske veje, såsom nedbrydning og opbevaring af glukose.
Men proteiner er ikke nemme at studere. "Da vi startede dette projekt, overvejede vi teknologier, der kunne måle måske 100 proteiner" fra en enkelt prøve, siger Wadelius – en dråbe i spanden med de (titusindvis af?) proteiner, der arbejder i et givet væv. Men i løbet af undersøgelsen udviklede medforfatter Matthias Manns laboratorium ved Københavns Universitet en ny proteinanalyseteknik, som, Wadelius forklarer, har løftet proteomics til nye højder. Med Manns nye teknologi "kunne vi måle 3.000, 4.000 eller 5.000 proteiner fra hvert væv," siger Wadelius.
Ændring i anfald og starter
Hvad fandt forskerne ud af fra denne overflod af proteindata?
Ikke overraskende havde personer med normal blodsukkerregulering og personer med type 2-diabetes de største forskelle i proteinudtryk. Men hvis man betragter de tre grupper som en slags tidslinje for sygdommens udvikling, er det muligt at følge ændringerne.
De fleste af de forskelle, der findes mellem raske donorer og dem med prædiabetes, er i bugspytkirtlens øer og, i mindre grad, leveren. Det overraskede ikke forskerne – begge organer har veldokumenteret involvering i den tidlige udvikling af diabetes. Med "størstedelen" af ændringerne i proteinekspression i øerne og leveren, fulgte også en ændring i immunrespons, skriver forfatterne.
Forskerne var til gengæld overrasket over at finde ud af, at proteinudtryk i bugspytkirtel-øerne og leveren ikke adskilte sig meget mellem dem med prædiabetes og type 2-diabetes – hvilket tyder på, at de metaboliske ændringer allerede er etableret, længe før symptomerne viser sig.
På det tidspunkt, hvor den fuldt udviklede type 2-diabetes har etableret sig, er der også ændringer i skeletmuskulatur og visceralt fedtvæv sammenlignet med prædiabetes. Disse ændringer er centreret omkring cellulær respiration – processen, hvis glukose omdannes til ATP, kroppens energiressource.
Forskerne observerede især, at ændringer i proteinudtryk ikke nødvendigvis var lineære. Udtrykket af en bestemt gruppe proteiner kunne være dramatisk højere i prædiabetes end i sundt væv, men kunne falde tilbage til et mellemniveau i type 2-diabetes.
Et springpunkt
Selvom det var en bedrift at indsamle fem forskellige prøver fra 43 organdonorer, siger Wadelius, at dette tal er en brøkdel af den stikprøvestørrelse, der er nødvendig for at uddrage statistisk meningsfulde konklusioner – især da der er flere måder at blive syg med type 2-diabetes på. Han peger på en undersøgelse fra Lunds Universitet, der analyserede titusindvis af individer og i sidste ende identificerede man særskilte underkategorier af sygdommen, der opfører sig på forskellige måder. Disse underkategorier har næsten helt sikkert også forskellige protein- og genaktivitetsmønstre.
Selvom de specifikke resultater af undersøgelsen er spændende, siger forskerne, at deres sande værdi er som et bevis på konceptet for proteinanalyseteknikkerne og de muligheder, som parrede prøver giver. "Vi mener, at dette mere er et kort, en slags hypotesegenerator" til fremtidige undersøgelser, forklarer Diamanti.
