Gracias por visitar nature.com.Está utilizando una versión de navegador con soporte limitado para CSS.Para obtener la mejor experiencia, le recomendamos que utilice un navegador más actualizado (o desactive el modo de compatibilidad en Internet Explorer).Mientras tanto, para garantizar un soporte continuo, mostramos el sitio sin estilos ni JavaScript.Control deslizante con tres artículos mostrados por diapositiva.Use los botones Anterior y Siguiente para navegar por las diapositivas o los botones del controlador de diapositivas al final para navegar por cada diapositiva.Ajay Ashok y Neena SinghSara de Pablo, Júlia Rodríguez-Comas, … Anna NovialsMax Hahn, Pim P. van Krieken, … Ulf AhlgrenChiara Montemurro, Hiroshi Nomoto, … Slavica TudzarovaRunyu Miao, Xinyi Fang, … Jiaxing TianTrine Maxel, Kamille Smidt, … Agnete LarsenJing Yong, James D. Johnson, … Randal J. KaufmanYuki Yamauchi, Akinobu Nakamura, … Tatsuya AtsumiElizabeth Haythorne, María Rohm, … Frances M. AshcroftScientific Reports volumen 13, Número de artículo: 3484 (2023) Citar este artículoLa homeostasis de los metales está estrechamente regulada en las células y los organismos, y su alteración se observa con frecuencia en algunas enfermedades, como las enfermedades neurodegenerativas y los trastornos metabólicos.Estudios previos sugieren que el zinc y el hierro son necesarios para las funciones normales de las células β pancreáticas.Sin embargo, la distribución de los elementos en condiciones normales y el significado fisiopatológico de los elementos desregulados en el islote en condiciones diabéticas siguen sin estar claros.En este estudio, para investigar la dinámica de los elementos en los islotes pancreáticos de un modelo de ratón diabético que expresa el polipéptido amiloide de los islotes humanos (hIAPP): ratones transgénicos hIAPP (hIAPP-Tg), realizamos un análisis de imágenes de los elementos utilizando fluorescencia de rayos X de barrido sincrotrón microscopía y análisis cuantitativo de elementos mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente.Encontramos que en los islotes, el zinc disminuyó significativamente en la etapa temprana de la diabetes, mientras que el hierro disminuyó gradualmente al mismo tiempo que aumentaban los niveles de glucosa en sangre de los ratones hIAPP-Tg.En particular, cuando se redujeron el zinc y/o el hierro en los islotes de ratones hIAPP-Tg, se observó una desregulación de la respiración mitocondrial estimulada por glucosa.Nuestros hallazgos pueden contribuir a aclarar las funciones del zinc y el hierro en las funciones de los islotes en condiciones diabéticas fisiopatológicas.Aproximadamente un tercio del proteoma humano contiene cationes metálicos, ya sea en forma de cofactores con funciones catalíticas o como soporte estructural.Para garantizar el correcto mantenimiento de la homeostasis de estos metales, las células y los organismos han desarrollado maquinaria altamente sofisticada involucrada en el transporte, almacenamiento y distribución de los metales1.Los estudios también han demostrado que el desequilibrio de estos iones metálicos en algunos tejidos está estrechamente relacionado con la aparición y/o progresión de diversas enfermedades.Por ejemplo, los pacientes con hepatitis C crónica muestran con frecuencia una sobrecarga de hierro en el suero y el hígado.En pacientes con enfermedad de Alzheimer, se observa con frecuencia un desequilibrio de iones metálicos en el cerebro y se cree que está asociado con el depósito de Aβ y la hiperfosforilación de tau, un sello distintivo de la enfermedad de Alzheimer2,3.Los islotes pancreáticos constan de 5 tipos de células endocrinas, incluidas las células β productoras de insulina.Las células β pancreáticas comprenden aproximadamente el 80 % de las células de los islotes y se sabe que contienen concentraciones muy altas de zinc en comparación con otras células de los islotes4.En particular, se ha demostrado que los gránulos secretores de insulina tienen un alto contenido de zinc y se empaquetan junto con el polipéptido amiloide de los islotes (IAPP) dentro de las células β5.El hierro también es indispensable para las células β, considerando la importancia de la función mitocondrial en las células β.Se ha demostrado que el hierro es importante para la secreción normal de insulina estimulada por glucosa;sin embargo, el exceso de hierro provoca estrés oxidativo y aumenta la apoptosis en las células β6,7.Por lo tanto, el zinc y el hierro juegan un papel esencial en la biología de las células β pancreáticas, y se ha informado que la disfunción de su homeostasis está implicada en la patogénesis de la diabetes tipo 24,6.Mientras que la mayoría de los estudios previos sobre el mecanismo patogénico básico de la diabetes han utilizado modelos de ratón, existen muchas diferencias entre la diabetes humana y la de ratón.Por ejemplo, la estructura y función de los islotes pancreáticos son diferentes entre modelos de ratón y humanos8.Una de las diferencias más intrigantes entre los modelos de diabetes en ratones y los pacientes humanos es que la deposición de amiloide de los islotes se encuentra en más del 90 % de los pacientes humanos con diabetes, pero no en los modelos de ratones.Esto se debe a las diferencias en sus residuos de aminoácidos de IAPP (también conocida como amilina) entre ellos9.La IAPP humana y de ratón comparten secuencias de aminoácidos similares en sus regiones N- y C-terminales, mientras que sus aminoácidos en la región media difieren sustancialmente.La IAPP de roedor tiene una sustitución de prolina en la región media y, por lo tanto, no forma una estructura de hoja β y, por lo tanto, carece de la capacidad de autooligomerizar IAPP y formar amiloide.Para investigar el papel de la IAPP humana (hIAPP), se han desarrollado varios modelos de ratón, como modelos transgénicos de sobreexpresión de hIAPP y ratones knock-in de hIAPP10,11,12,13.Estos modelos demostraron claramente que la expresión de hIAPP induce efectos tóxicos en las células β, probablemente debido a la apoptosis y la amiloidogénesis, aunque estos modelos de ratones no presentan obesidad.Sin embargo, los mecanismos moleculares por los que hIAPP ejerce efectos citotóxicos aún no se han aclarado.En este estudio, hemos investigado la dinámica de elementos de islotes derivados de ratones transgénicos hIAPP (hIAPP-Tg).Aplicamos microscopía de fluorescencia de barrido de rayos X de sincrotrón (SXFM) y espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) para obtener imágenes y análisis cuantitativo de elementos, respectivamente.SXFM permite el mapeo de múltiples elementos intracelulares a nivel de suborgánulos mediante la combinación de una fuente de radiación de sincrotrón y un sistema de enfoque de haz de rayos X de menos de 100 nm14,15,16,17,18,19,20 e ICP -MS puede cuantificar las concentraciones de múltiples elementos con alta sensibilidad y precisión (Fig. S1).En particular, el zinc en los islotes de ratones hIAPP-Tg disminuyó en la etapa temprana de la diabetes, mientras que el hierro se redujo con la progresión de la hiperglucemia.Discutimos la posible asociación entre la disminución de estos 2 elementos esenciales y la progresión de la diabetes en función de la expresión de hIAPP.Para analizar el fenotipo de los ratones hIAPP-Tg, se realizaron mediciones de glucosa en sangre y tinción con hematoxilina y eosina (HE) utilizando ratones de 5, 8, 12, 16 y 32 semanas de edad en ratones de tipo salvaje (WT) y hIAPP-Tg.Los niveles de glucosa en sangre sin ayunar aumentaron ligeramente en ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad en comparación con ratones compañeros de camada WT, aunque la diferencia no fue significativa.Los ratones hIAPP-Tg mostraron un aumento significativo en el nivel de glucosa en sangre después de las 8 semanas de edad (Fig. 1A).Los islotes de los ratones hIAPP-Tg parecían tener casi la misma morfología que los islotes de los ratones WT hasta las 12 semanas de edad.Sin embargo, después de 12 semanas, algunos islotes de ratones hIAPP-Tg se volvieron más pequeños y de forma irregular (Fig. 1B).Además, las señales de insulina disminuyeron gradualmente en ratones hIAPP-Tg con el envejecimiento (Fig. S2A), lo que es consistente con el informe anterior10,21,22,23.En particular, se observó una apariencia ligeramente eosinofílica, que es el patrón de tinción típico de amiloide, en ratones hIAPP-Tg de 32 semanas de edad (Fig. S2B, flechas).La acumulación de amiloide también se detectó en ratones hIAPP-Tg de 32 semanas de edad mediante tinción con tioflavina-T, que es un procedimiento clásico para detectar amiloide (Fig. S2B y C, flechas).Estos datos confirman la hiperglucemia dependiente de la edad y el depósito de amiloide de los islotes en ratones hIAPP-Tg, como se informó anteriormente10,11,13,21,22,23.Fenotipo de ratones hIAPP-Tg.(A) Niveles de glucosa en sangre sin ayuno de ratones WT (n = 3–11) y ratones hIAPP-Tg (n = 4–9).(B) Tinción con HE de secciones de páncreas de ratones hIAPP-Tg y WT de 5, 8, 12, 16 y 32 semanas de edad.Los datos se muestran como la media ± SEM.**p < 0,01 (WT frente a hIAPP).Barra de escala, 100 μm.Realizamos imágenes SXFM para observar la distribución de elementos en los islotes pancreáticos.El espectro de energía de fluorescencia de rayos X mostró que el hierro (líneas de emisión de rayos X: FeKα o FeKβ), el zinc (ZnKα o ZnKβ) y el bromo se redujeron sustancialmente en los islotes de los ratones hIAPP-Tg de 32 semanas de edad en comparación con los ratones WT (líneas de color negro, Fig. 2A), mientras que todos los rayos X de dispersión de Compton y Elastic, que estaban influenciados por el grosor del sótano de una muestra, eran bastante repetibles (Fig. 2A).El bromo se encuentra abundantemente en alimentos para animales y ropa de cama;sin embargo, incluso los ratones WT en nuestro estudio mostraron concentraciones variables de bromo en su tejido pancreático, lo que resultó en que la disminución de bromo que se muestra en la Fig. 2A no se repitió (Fig. S3A).Por lo tanto, concluimos que las diferencias en el bromo fueron causadas por diferencias individuales.Nos enfocamos en el zinc y el hierro, ya que son elementos esenciales.Sus datos de mapeo mostraron una reducción significativa en FeKα y ZnKα en toda la región de los islotes, mientras que el mapeo de fósforo y calcio fue comparable al de los ratones WT (Fig. 2B).Otro experimento independiente que utilizó islotes de ratones hIAPP-Tg de 32 semanas de edad mostró resultados similares, lo que demuestra la reproducibilidad de los resultados (Fig. S3).También se obtuvieron resultados similares de los islotes de ratones hIAPP-Tg de 16 semanas de edad (Fig. 2C), lo que sugiere que la disminución de zinc y hierro probablemente comienza antes de las 16 semanas de edad en ratones hIAPP-Tg (Fig. 2).El análisis cuantitativo de los islotes por ICP-MS no fue posible porque es difícil aislar los islotes de los tejidos pancreáticos en ratones hIAPP-Tg de más de 16 semanas de edad, por una razón desconocida.Imágenes de fluorescencia de rayos X de islotes de ratones WT y hIAPP-Tg de 16 y 32 semanas de edad.(A) Espectros de fluorescencia de rayos X de secciones de islotes de ratones de 32 semanas de edad.Las flechas indican las señales máximas de las líneas de emisión de rayos X de FeKα, FeKβ, ZnKα y ZnKβ.La medición se realizó tres veces para cada sección.Línea gris: un espectro para una sección del mouse de control;línea negra: un espectro para una sección de hIAPP.energía de rayos X, 15 keV;tamaño del haz, 500 \(\times\) 500 nm.(B) Imágenes representativas de mapeo de (A).(C) Mapeo de imágenes de islotes de ratones indicados de 16 semanas.WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, barra de colores, femtogramos por micrómetro cuadrado;DIC: imagen de contraste de interferencia diferencial;Barra de escala, 20 μm.Para aclarar si la dinámica del zinc o del hierro se vio afectada por el desarrollo de la diabetes, primero analizamos ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad y descubrimos que sus niveles de glucosa en sangre eran comparables a los de los ratones WT (Fig. 1A).Realizamos imágenes SXFM en tejidos de islotes pancreáticos (Fig. 3A) e islotes aislados de tejidos pancreáticos (Fig. 3B).Ambos datos de mapeo sugirieron que las señales de zinc en los islotes tendían a disminuir en los ratones hIAPP-Tg, mientras que las señales de hierro eran comparables a las de los ratones WT.Las intensidades de señal del mapeo de islotes aislados también sugirieron que el zinc disminuyó significativamente en ratones hIAPP-Tg (p = 0,0013), mientras que el hierro no (p = 0,324, Fig. 3C).Para confirmar estos resultados cuantitativamente, realizamos ICP-MS utilizando islotes aislados de tejidos pancreáticos.Los resultados del análisis ICP-MS respaldaron los datos de mapeo (Fig. 3D), lo que sugiere que el hierro en los islotes de los ratones hIAPP-Tg no cambió, aunque el zinc disminuyó significativamente en la etapa temprana de la diabetes.Disminución de zinc en islotes de ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad.(A) Mapeo de imágenes de islotes pancreáticos de ratones de 5 semanas de edad.(B) Mapeo de imágenes de islotes aislados de ratones de 5 semanas.barra de color, femtogramos por micrómetro cuadrado;DIC: imagen de contraste de interferencia diferencial;Barra de escala, 20 μm.(C) Cuantificación de intensidades de señal en (B).(D) Las cantidades relativas de cada elemento en islotes aislados se midieron usando ICP-MS (n = 4 para cada genotipo).WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, los datos se muestran como medias ± SEM.**p < 0,01 (WT frente a hIAPP).A continuación, analizamos usando tejido pancreático e islotes aislados de ratones hIAPP-Tg y ratones WT a las 8 semanas de edad, cuando los niveles de glucosa en sangre habían comenzado a aumentar significativamente sin cambios de peso evidentes (Figs. 1A y S4).Los datos de mapeo de tejido pancreático (Fig. 4A) e islotes aislados de tejidos pancreáticos (Fig. 4B) de ratones hIAPP-Tg mostraron que el zinc disminuyó significativamente (p = 0,0091), y el hierro mostró una tendencia decreciente (p = 0,058) en el islotes de ratones hIAPP-Tg (Fig. 4A-C).ICP-MS mostró que el zinc disminuyó significativamente (p = 0,0004), mientras que el hierro no (p = 0,209) en los islotes de ratones hIAPP-Tg (Fig. 4D).Estos datos sugieren que el zinc permanece obviamente disminuido, mientras que el hierro no cambió mucho en los islotes de ratones hIAPP-Tg de 8 semanas de edad.El nivel de hierro en los islotes se reduce parcialmente en ratones hIAPP-Tg de 8 semanas de edad.(A) Mapeo de imágenes de islotes pancreáticos de ratones de 8 semanas.(B) Mapeo de imágenes de islotes aislados de ratones de 8 semanas.barra de color, femtogramos por micrómetro cuadrado;DIC: imagen de contraste de interferencia diferencial;Barra de escala, 20 µm.(C) Cuantificación de intensidades de señal en (B).(D) Las cantidades relativas de cada elemento en islotes aislados se midieron usando ICP-MS (n = 5,4 para cada genotipo).WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, los datos se muestran como medias ± SEM.**p < 0,01 (WT frente a hIAPP).A continuación, analizamos ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad, en los que se observaron cambios significativos en el nivel de glucosa en sangre sin cambios de peso evidentes (Figs. 1A y S4).Encontramos una ligera disminución en el hierro en la región central de los islotes de ratón hIAPP-Tg de 12 semanas de edad, donde se localizan las células β8.Por otro lado, el zinc se mantuvo bajo en todos los islotes (Fig. 5A).Los datos de ICP-MS mostraron que el hierro (p = 0,0087) y el zinc (p = 0,0013) disminuyeron significativamente en los islotes de ratones hIAPP-Tg en condiciones diabéticas (Fig. 5B).En conjunto, estos datos sugieren que la disminución de zinc refleja una prediabetes o las primeras etapas de la diabetes.Por el contrario, el hierro en los islotes de ratones hIAPP-Tg disminuyó gradualmente junto con el desarrollo de fenotipos diabéticos después de las 8 a 12 semanas de edad.Hierro disminuido en los islotes de ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad.(A) Mapeo de imágenes de islotes pancreáticos de ratones de 12 semanas.barra de color, femtogramos por micrómetro cuadrado;DIC: imagen de contraste de interferencia diferencial;Barra de escala, 20 µm.(B) Las cantidades relativas de cada elemento en los islotes aislados se midieron mediante ICP-MS (n = 4 para el genotipo).WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, los datos se dan como medias ± SEM.** p < 0,01 (WT frente a hIAPP).Para investigar la posible asociación entre los niveles de glucosa en sangre y el zinc y el hierro, investigamos la secreción de insulina estimulada por glucosa (GSIS) en las células de los islotes pancreáticos.GSIS de islotes aislados se redujo significativamente en ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad (Fig. 6A y B, panel derecho), mientras que GSIS no cambió significativamente en ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad en comparación con ratones WT (Fig. .6A y B, panel izquierdo).Dado que no hubo diferencia en la secreción de insulina inducida por KCl entre los dos grupos, la deficiencia de eventos de señalización aguas arriba del cierre del canal KATP parece ser la responsable de los defectos en GSIS.Teniendo en cuenta el hecho de que la mitocondria es una maquinaria clave involucrada en la regulación de GSIS en las células β y los estudios han demostrado que la interrupción en la homeostasis del zinc y el hierro puede afectar gravemente la función mitocondrial, lo que lleva a un estado de energía deteriorado y susceptibilidad al desarrollo de enfermedades24,25, investigamos la función mitocondrial en las células de los islotes pancreáticos.El análisis de la respiración mitocondrial con un analizador de flujo demostró que la respiración mitocondrial estimulada por glucosa (Res aguda) se suprimió significativamente en los islotes de ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad en comparación con los ratones WT (Fig. 7A y B, paneles de la derecha) .Por el contrario, no hubo cambios en la Res aguda de los ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad en comparación con los ratones WT (Fig. 7A y B, paneles de la izquierda).La respiración máxima (Max Res) inducida por la adición del desacoplador FCCP se reguló al alza en ratones hIAPP-Tg de 5 semanas de edad, lo que podría deberse a la regulación al alza de la maquinaria de compensación para la toxicidad de hIAPP (Fig. 7B, panel izquierdo).Estos resultados sugieren que los cambios en la dinámica del hierro y/o del zinc en los islotes pancreáticos pueden afectar a la Res aguda en los islotes.La secreción de insulina estimulada por glucosa (GSIS) disminuye en ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad.(A) GSIS en islotes indicados de 5 y 12 semanas de edad.Los islotes se incubaron en tampón KRB que contenía glucosa 2,8 o 16,7 mM, o KCl 40 mM durante 60 min (n = 4 por grupo).(B) Contenido de insulina en islotes de ratones de 5 y 12 semanas de edad (n = 4 por grupo).WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, los datos se muestran como medias ± SEM.*p < 0,05 (WT frente a hIAPP).Función mitocondrial de ratones hIAPP-Tg de 5 y 12 semanas de edad.(A) Aumento de veces en la tasa de consumo de oxígeno de los ratones (n = 4 para ratones de 5 semanas, n = 5 para ratones de 12 semanas).(B) Los datos analizados se muestran como un gráfico.Non-mito: consumo de oxígeno no mitocondrial;Basal Res: respiración basal, Max Res: respiración máxima, fuga de protones, ATP Pro: producción de ATP, Spare Res: capacidad respiratoria de repuesto, Acute Res: respuesta aguda.Max Res y Acute Res se calculan mediante la ecuación como (medición de tasa máxima después de la inyección de FCCP)—(respiración no mitocondrial) y (medición de tasa tardía antes de la inyección de oligomicina)—(última medición de tasa antes de la inyección aguda), respectivamente.WT: ratones WT, hIAPP: ratones hIAPP-Tg, los datos se muestran como medias ± SEM.*p < 0,05 (WT frente a hIAPP).Estudios previos sugirieron que eran necesarias concentraciones relativamente altas de zinc y hierro para el funcionamiento normal de las células β pancreáticas4,7,26,27.Nuestros datos mostraron que una disminución de zinc y hierro se asocia con hiperglucemia en los islotes de ratones hIAPP-Tg, lo que implica una asociación entre la disminución de zinc y/o hierro en los islotes y la aparición de diabetes humana.En particular, las imágenes y el análisis cuantitativo de los metales en los islotes mostraron una disminución de zinc en los islotes pancreáticos de ratones hIAPP-Tg en la etapa temprana de la diabetes.Surge entonces la duda de si la disminución de zinc se debe a la expresión de hIAPP.Para aclarar eso, expresamos transitoriamente hIAPP en la línea celular INS-1 de insulinoma de rata y analizamos los contenidos de zinc y hierro en las células (Fig. S5).El contenido de zinc en las células INS-1 que expresan hIAPP fue comparable al de las células de control, lo que sugiere que la disminución del contenido de zinc no se debió únicamente a la expresión de hIAPP.Una disminución de zinc puede requerir una expresión a largo plazo de hIAPP o/y sus condiciones ambientales asociadas, como la inflamación in vivo28.En particular, una disminución significativa en el contenido de zinc en los tejidos pancreáticos de varios modelos genéticos de ratones con diabetes tipo 2 en la etapa temprana de la enfermedad, como los ratones db/db (que tienen una mutación en el receptor de leptina) y los ratones ob/ob (que tienen una mutación en el gen de la leptina)29,30, lo que sugiere que la disminución de zinc no depende solo de la expresión de hIAPP.Un estudio reciente informó que el tratamiento de células β de los islotes de ratones WT con citoquinas inflamatorias provocó una reducción significativa de zinc31.Por lo tanto, una disminución de zinc puede estar asociada con una inflamación crónica previa a la aparición de la diabetes.Se ha informado que el hierro aumenta en pacientes con diabetes tipo 2, y se encontró que la flebotomía terapéutica, un procedimiento que se usa para reducir los niveles de hierro, mejora la función de las células β en pacientes con sobrecarga patológica de hierro32,33.Estos hallazgos sugieren que existe un desequilibrio en el metabolismo del hierro en pacientes diabéticos.Sin embargo, no se informó la concentración real de hierro dentro de los islotes.Observamos que el contenido de hierro en los islotes disminuyó gradualmente al mismo tiempo que se desarrollaba el fenotipo diabético en ratones hIAPP-Tg.Recientemente, ratones que carecen de proteína reguladora de hierro 2;Se informó que un regulador de la homeostasis del hierro celular tenía una disminución del contenido de hierro en las células β y desarrolló diabetes6, lo que es consistente con nuestro resultado de que una disminución del hierro ocurre simultáneamente con el inicio de la diabetes, aunque el mecanismo de la disminución del contenido de hierro de los islotes sigue sin estar claro hasta la fecha.Es importante entender cómo la disminución de zinc y/o hierro altera la función de los islotes.La deficiencia de hierro celular da como resultado una actividad reducida de los complejos basados ​​en grupos de Fe-S en las mitocondrias, lo que se asocia con una respiración mitocondrial alterada34, y la restauración de los niveles de hierro intracelular puede revertir estos efectos34,35.Se ha informado que el zinc restaura el transporte de piruvato mitocondrial deteriorado, la fosforilación oxidativa y el metabolismo energético final36.Nuestros datos mostraron una alteración en la respiración mitocondrial estimulada por glucosa después de que se redujo el zinc y/o el hierro en ratones hIAPP-Tg mayores de 12 semanas de edad.Esto es consistente con un estudio anterior que informó alteraciones similares en la respiración mitocondrial estimulada por glucosa en ratas transgénicas para hIAPP (ratas HIP);una alteración asociada con la activación de la vía de señalización HIF1α/PFKFB3 que conduce a la desconexión de la glucólisis del ciclo mitocondrial TCA24,37.Los autores de este estudio sugirieron que esta respuesta metabólica adaptativa induce una disfunción de las células β acompañada de una respuesta deficiente a la estimulación de la glucosa24.En particular, nuestros datos revelaron que los ratones hIAPP-Tg de 12 semanas de edad mostraron deficiencia de hierro en los islotes, lo que podría desencadenar la activación de la vía de señalización HIF1α y conducir a un aumento de la glucólisis38.No está claro si una disminución de zinc y/o hierro en los islotes es el resultado o la causa de la diabetes.Sin embargo, es posible que una disminución de zinc y/o hierro empeore la situación.En nuestro estudio, los ratones hIAPP-Tg muestran una disminución de hierro y zinc a las 12 semanas de edad y una desregulación en la respiración mitocondrial estimulada por glucosa que podría conducir a la disfunción de la función mitocondrial en las células β.Tal como se presenta en este estudio, solo identificamos la asociación entre la dinámica de los metales y la desregulación progresiva de los islotes; se necesita más análisis para resolver el vínculo entre los niveles de metales y las funciones de los islotes utilizando ratones hIAPP-Tg o islotes de pacientes con diabetes.Una combinación de análisis de metales con otros estudios ómicos proporcionará aclaraciones sobre la relevancia fisiopatológica de la dinámica del hierro y el zinc en la diabetes39.La interacción de los iones metálicos con hIAPP también puede afectar su estructura, provocando la formación de IAPP mal plegadas, que pueden sufrir formación de oligómeros y amiloide40,41.Hay varios estudios in vitro que informan sobre los efectos de los iones metálicos en la formación de oligómeros hIAPP solubles y amiloide maduro42,43,44,45,46,47;sin embargo, hay información limitada sobre este tema con respecto a las condiciones fisiológicas en estudios que utilizan modelos de ratón o muestras humanas.SXFM se convertirá en una herramienta útil para visualizar la interacción entre los metales y la formación de amiloide derivado de hIAPP.Se necesita más análisis en el futuro para aclarar la asociación entre los metales y la formación de amiloide hIAPP.Todos los ratones se alojaron en instalaciones de barrera libres de patógenos específicos, se mantuvieron bajo un ciclo de luz/oscuridad de 12 h, se les administró agua ad libitum y se alimentaron con comida estándar para roedores (Levadura Oriental, Tokio, Japón).Los niveles de glucosa en sangre se midieron utilizando un analizador de glucosa (Glutest Mint, Sanwa Chemical Co., Nagoya, Japón).Los ratones hIAPP-Tg se obtuvieron de Jackson Laboratories (Cepa No. 008232) y los ratones se retrocruzaron con ratones C57BL/6 J durante más de siete generaciones.Los ratones fueron sacrificados mediante anestesia con isoflurano.El aislamiento de islotes de ratón se realizó como se describió anteriormente4,12,48.Los islotes aislados se cultivaron en medio RPMI 1640 suplementado con suero fetal bovino (FBS) al 10 % y penicilina/estreptomicina al 1 %.El GSIS de islotes de ratón se investigó como se describió anteriormente48.Brevemente, se incubaron ocho islotes del mismo tamaño en tampón HRKB que contenía glucosa o KCl durante 60 min.La concentración de insulina de los sobrenadantes de los islotes aislados se analizó mediante un kit de ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas de insulina de ratón (Instituto Morinaga de Ciencias Biológicas, Yokohama, Japón).Los datos de secreción de insulina se corrigieron por el contenido de insulina de los islotes.Se obtuvieron imágenes de contraste de interferencia diferencial de cada sección de tejido antes de las mediciones de SXFM usando un microscopio Olympus DP22.SXFM se realizó utilizando la línea de luz onduladora BL29XU en la instalación de radiación de sincrotrón SPring-8 mediante la combinación de un sistema de enfoque de rayos X tipo Kirkpatrick-Baez, una etapa de escaneo xy para escanear el montaje de la muestra y un detector de rayos X de dispersión de energía (Vortex-90EX; Hitachi High-Technologies Science America, Inc., Northridge, CA, EE. UU.)15.Los rayos X monocromáticos a 15 keV se enfocaron hasta 500 × 500 nm2 para un escaneo de área grande.Un flujo de fotones típico para el haz de 500 nm es de aproximadamente 2 × 1011 fotones/s.Los espectros de fluorescencia de rayos X se registraron utilizando una exposición de 1 segundo para cada píxel.Cuando la región de interés era relativamente amplia, se dividía en varias partes para la medición.Las señales de fluorescencia de cada elemento de interés se extrajeron y normalizaron en función de la intensidad del haz incidente.Después de escanear toda el área, se visualizaron digitalmente las distribuciones de varios elementos.SXFM produjo señales superpuestas de las muestras en dirección vertical.Además de las imágenes de mapeo, la concentración de elementos por área (µm2) se analizó cuantitativamente utilizando películas delgadas de níquel y platino, cuyo espesor y densidad se decidieron de antemano.Las intensidades de señal por región interesada en las imágenes TIFF se adquirieron utilizando el software ImageJ (Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, MD, EE. UU.).Para muestras de islotes aislados de pequeñas cantidades (de ratones de 5, 8 y 12 semanas de edad), se usaron 0,5 ml de solución de ácido nítrico en un frasco de PFA (ARAM Co., Osaka, Japón).El frasco se calentó a 100 °C durante 20 min utilizando un horno de microondas ETHOS 1 (Milestone Srl, Sorisole, Italia).Las concentraciones de Ca, Fe, P y Zn se determinaron usando ICP-MS (ELEMENT XR, Thermo Fisher Scientific Inc, Bremen, Alemania) con resolución R-10,000 para 44Ca y R-4,000 para 31P, 56Fe y 66Zn.Las células INS-1 se digirieron con 0,5 mL de ácido nítrico (Tamapure-AA-100, Tama Chemical Co. Ltd., Kanagawa, Japan) a 180 °C durante 20 min en un horno microondas ETHOS 1 (Milestone Srl, Sorisole, Italia) y luego se diluye con agua ultrapura (fabricada por PURELAB Option-R 7 y PURELAB flex UV, Veolia Water Solutions and Technologies, París, Francia) hasta un volumen de 5 ml.Las concentraciones de P, Ca, Fe y Zn se determinaron usando ICP-MS (ELEMENT XR, Thermo Fisher Scientific Inc., Bremen, Alemania) con resolución R-10,000 para 44Ca y R-4,000 para 31P, 56Fe y 66Zn.La respiración mitocondrial en islotes de ratón se midió como se describió previamente49.Brevemente, se incubaron islotes aislados (20 islotes/pocillo) de ratones hIAPP-Tg y ratones WT en medio RPMI 1640 que contenía glucosa 5,6 mM, piruvato 1 mM y FBS al 10 %.Los islotes se lavaron con PBS y se sembraron en microplacas de cultivo celular XF96 recubiertas con poli-L-lisina (Agilent Technologies, Palo Alto, CA).A continuación, las microplacas de cultivo se centrifugaron a 500 rpm durante 7 min a temperatura ambiente y se incubaron durante 1 a 2 h a 37 °C en una incubadora sin CO2.Como medio de ensayo se usó medio XF RPMI (Agilent Technologies) que contenía glucosa 5,6 mM, piruvato 1 mmol/l y L-glutamina 2 mM.La tasa de consumo de oxígeno y la tasa de acidificación extracelular se midieron utilizando un analizador Seahorse SX96 (Agilent Technologies).Los islotes se expusieron secuencialmente a glucosa (11,1 mM), oligomicina (4 µM), cianuro de carbonilo, 4-fenilhidrazona (FCCP) (10 µM) y rotenona/antimicina A (2,5 µM).Se utilizó el software Wave 2.6.0 (Agilent Technologies) para analizar el consumo de oxígeno no mitocondrial, la respiración basal, la respiración máxima, la fuga de protones, la producción de ATP, la capacidad respiratoria adicional y la respuesta aguda.El consumo de oxígeno no mitocondrial se calcula mediante la ecuación como medición de tasa mínima después de la inyección de rotenona/antimicina A.La respiración basal se calcula mediante la ecuación como (última medición de la tasa antes de la primera inyección)—(tasa de respiración no mitocondrial).La respiración máxima se calcula mediante la ecuación como (medición de tasa máxima después de la inyección de FCCP)—(respiración no mitocondrial).La fuga de protones se calcula mediante la ecuación como (medición de tasa mínima después de la inyección de oligomicina) - (respiración no mitocondrial).La producción de ATP se calcula mediante la ecuación como (última medición de velocidad antes de la inyección de oligomicina) - (medición de velocidad mínima después de la inyección de oligomicina).La capacidad respiratoria de repuesto se calcula mediante la ecuación como (respiración máxima)—(respiración basal).La respuesta aguda se calcula mediante la ecuación como (última medición de velocidad antes de la inyección de oligomicina) - (última medición de velocidad antes de la inyección aguda).Todos los datos cuantitativos se informaron como la media ± SEM.Se realizó la prueba t de Student para la comparación entre grupos.Se realizó la prueba t de Welch en los experimentos de las Figs.3C, 4C.p < 0,05 se consideró una diferencia significativa entre el grupo control y el experimental.Todo el cuidado de los animales de experimentación se realizó de acuerdo con las pautas y regulaciones institucionales y nacionales.El protocolo de estudio fue aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Gunma (Permiso n.º 19–025).El estudio se informa de acuerdo con las directrices ARRIVE.Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y sus archivos de información complementarios.Por inducción de plasma espectrometría de masasMcRae, R., Bagchi, P., Sumalekshmy, S. & Fahrni, CJ Imágenes in situ de metales en células y tejidos.químicaRev. 109, 4780–4827.https://doi.org/10.1021/cr900223a (2009).Artículo CAS PubMed Google AcadémicoLei, P., Ayton, S. & Bush, AI Los elementos esenciales de la enfermedad de Alzheimer.J. Biol.química296, 100105. https://doi.org/10.1074/jbc.REV120.008207 (2021).Artículo CAS PubMed Google AcadémicoFeld, JJ & Liang, TJ Hepatitis C: identificación de pacientes con daño hepático progresivo.Hepatología 43, S194-206.https://doi.org/10.1002/hep.21065 (2006).Artículo CAS PubMed Google AcadémicoTamaki, M. et al.El gen SLC30A8/ZnT8 susceptible a la diabetes regula el aclaramiento de insulina hepática.J. Clin.Invertir.123, 4513–4524.https://doi.org/10.1172/jci68807 (2013).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarFukunaka, A. & Fujitani, Y. Papel de la homeostasis del zinc en la patogenia de la diabetes y la obesidad.En t.J. Mol.cienciahttps://doi.org/10.3390/ijms19020476 (2018).Artículo PubMed PubMed Central Google AcadémicoSantos, M. et al.Irp2 regula la producción de insulina a través de la modificación del ARNt catalizada por Cdkal1 mediada por hierro.Nat.común11, 296. https://doi.org/10.1038/s41467-019-14004-5 (2020).Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarBerthault, C., Staels, W. y Scharfmann, R. La purificación de los subconjuntos endocrinos pancreáticos revela un aumento del metabolismo del hierro en las células beta.mol.metab.42, 101060. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2020.101060 (2020).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarCampbell, JE & Newgard, CB Mecanismos que controlan la función de las células de los islotes pancreáticos en la secreción de insulina.Nat.Rev Mol.Celúla.Biol.22, 142–158.https://doi.org/10.1038/s41580-020-00317-7 (2021).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarHaataja, L., Gurlo, T., Huang, CJ & Butler, PC Amiloide de los islotes en la diabetes tipo 2 y la hipótesis del oligómero tóxico.Endoc.Rev. 29, 303–316.https://doi.org/10.1210/er.2007-0037 (2008).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarJanson, J. et al.Diabetes mellitus espontánea en ratones transgénicos que expresan el polipéptido amiloide de los islotes humanos.proc.nacionalAcademiacienciaEE. UU. 93, 7283–7288.https://doi.org/10.1073/pnas.93.14.7283 (1996).Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarKim, J. et al.La acumulación de oligómeros de péptidos amiloidogénicos en células β deficientes en autofagia induce diabetes.J. Clin.Invertir.124, 3311–3324.https://doi.org/10.1172/jci69625 (2014).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarShigihara, N. et al.Toxicidad de células β pancreáticas inducida por IAPP humana y su regulación por autofagia.J. Clin.Invertir.124, 3634–3644.https://doi.org/10.1172/jci69866 (2014).Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarButler, AE et al.Diabetes debido a un defecto progresivo en la masa de células beta en ratas transgénicas para el polipéptido amiloide de los islotes humanos (rata HIP): un nuevo modelo para la diabetes tipo 2.Diabetes 53, 1509–1516.https://doi.org/10.2337/diabetes.53.6.1509 (2004).Artículo CAS PubMed Google AcadémicoCáncer Res.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoArtículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarJ.Anal.Espectro.Artículo CAS PubMed Google AcadémicocienciaArtículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarquímicaRes.Toxicol.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoArtículo CAS PubMed Google AcadémicoSoy.J. Physiol.Endocrinol.metab.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoExp. J.Medicina.Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarKim, J. et al.Nat.comúnArtículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarNat.comúnArtículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarArtículo CAS PubMed Google AcadémicoArtículo CAS PubMed Google AcadémicoNat.Gineta.Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarArtículo CAS PubMed Google AcadémicoExp.Biol.Medicina.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoArtículo PubMed PubMed Central Google AcadémicoactualDiab.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoañoRev. Fisiol.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoEUR.J. Fallo cardíaco.Artículo CAS PubMed Google AcadémicocienciaArtículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarArtículo CAS PubMed Google AcadémicoÁcidos Nucleicos Res.Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarNat.comúnArtículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarquímicaArtículo CAS PubMed Google AcadémicoArtículo PubMed PubMed Central Google AcadémicoMermelada.químicaSoc.Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarBiografía.Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarJ. Mol.Biol.Artículo CAS PubMed PubMed Central Google ScholarCuentaquímicaRes.Artículo CAS PubMed Google AcadémicoquímicacomúnquímicafísicaArtículo CAS PubMed Google AcadémicoMetab. celularArtículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google ScholarAgradecemos a los Dres.También puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarLos autores declaran no tener conflictos de intereses.Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios.Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material.Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor.Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedItAl enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad.Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.Informes científicos (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (en línea)Regístrese para recibir el boletín informativo Nature Briefing: lo que importa en ciencia, gratis en su bandeja de entrada todos los días.