Perk gene dosage regulates glucose homeostasis by modulating pancreatic β-cell functions

doi:10.1371/journal.pone.0099684

.2014年6月10日；9（6）：e99684。

doi:10.1371/journal.pone.0099684。 2014年电子收集。

Perk基因剂量通过调节胰腺β细胞功能调节葡萄糖稳态

王荣（音）¹, 爱丽舍·穆尼奥斯¹, 朱思颖¹, 芭芭拉·C·麦格拉斯¹, 道格拉斯·R·卡维纳¹

附属公司

PMID： 24915520
预防性维修识别码：项目经理4051701
内政部： 10.1371/journal.pone.0099684

Perk基因剂量通过调节胰腺β细胞功能调节葡萄糖稳态

王蓉等。公共科学图书馆一号. 2014.

.2014年6月10日；9（6）：e99684。

doi:10.1371/journal.pone.0099684。 2014年电子收集。

作者

王荣（音）¹, Elyse E穆尼奥斯¹, 朱思颖¹, 芭芭拉·麦克格雷斯¹, 道格拉斯·R·卡维纳¹

隶属关系

¹宾夕法尼亚州立大学生物系，细胞动力学中心，宾夕法尼亚大学公园，美利坚合众国。

PMID： 24915520
预防性维修识别码：项目经理4051701
内政部： 10.1371/journal.pone.0099684

摘要

背景：胰岛β细胞中的胰岛素合成和细胞增殖受到严格调控，以维持葡萄糖稳态。这两方面的功能障碍都会导致糖尿病的发展。人类和小鼠的PERK（EIF2AK3）功能缺失突变表现为永久性新生儿糖尿病，其特征是β细胞质量不足，胰岛素原运输和胰岛素分泌减少。出乎意料的是，我们发现Perk杂合小鼠的血糖水平较低。

方法：对Perk杂合小鼠进行了纵向研究，以评估血糖和胰岛素、细胞内胰岛素合成和储存、胰岛素分泌和β细胞增殖。此外，对β细胞中特异性的Perk剂量的调节表明，Perk杂合小鼠的葡萄糖稳态表型是由β细胞中Perk表达减少决定的。

主要发现：我们发现，Perk杂合小鼠在新生儿和幼年发育期间首先表现出胰岛素合成和分泌增强，然后是β细胞增殖增强，并且在成年阶段β细胞质量显著增加。这些差异不太可能涉及PERK调节培养细胞内质网应激反应的众所周知的功能，因为在PERK杂合小鼠中，内质网胁迫的几个标记物没有差异表达。

结论：除了PERK在人和完全缺乏PERK的小鼠的严重糖尿病表型中所揭示的β细胞中的基本功能外，将PERK基因表达减少一半表明PERK中间水平对β细胞功能和葡萄糖稳态有着深刻的影响。这些结果表明，PERK的最佳表达水平对于平衡β细胞功能和生长的几个参数以达到正常血糖是必要的。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益：提交人声明，不存在相互竞争的利益。

数字

**图1。调制珀克剂量使用*珀克^+/−*小鼠影响葡萄糖稳态。**
A.出生后15-36天随机喂食小鼠的血糖。小鼠的遗传背景是混合的。所示为平均值±SEM（n=44,68*P<0.05）。B。珀克小鼠胰岛mRNA的测定*珀克^+/+*水平。所示为平均值±SEM（n=29，26***P<0.001）。C.小鼠胰岛中PERK蛋白的Western blot。左侧面板显示有代表性的斑点。右侧面板显示了PERK蛋白水平相对于*珀克^+/+*（n=5，5***P<0.001）。D.小鼠胰岛磷酸化eIF2α的Western blot。左侧面板显示有代表性的斑点。右侧面板显示了PERK蛋白水平相对于*珀克^+/+*（n=5，4**P<0.01）。E.胰腺切片的免疫染色*珀克^+/−*,*珀克^+/+*、和珀克使用胰岛素和胰高血糖素抗体的KO小鼠。

**图2。葡萄糖和胰岛素稳态受到珀克在开发过程中。**
A.随机喂食的*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*出生后发育期间。小鼠的年龄如图所示，但属于P75组的小鼠为P70至P90。小鼠处于C57BL/6背景中。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+* = 第18、16页（第5页）；16、17页（第17页）；13、11页（第30页）；12、16页（第50页）；17、18页（第75页）*P<0.05，***P<0.001）。B.随机喂食*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*9-12个月。小鼠为C57BL/6、129 SvEvTac或混合背景。所示为平均值±SEM。（n表示*珀克^+/−，伯克^+/+* = 4、5（B6）；23, 20 (129); 5、3**P<0.01）。C.随机喂食的血清胰岛素*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*出生后发育期间。小鼠的年龄如图所示，但属于P75组的小鼠为P70至P90。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+* = 第28、28页（第5页）；19、17页（第17页）；第25、18页（第30页）；56、75（第50页）；29、32（第75页）*P<0.05）。D.P17小鼠禁食4小时后的葡萄糖耐量试验。如上所示，在注射葡萄糖后的不同时间点测量血糖。GTT轨迹显示为每个时间点的平均值±SEM，并通过计算曲线下面积（AUC）来量化*珀克^+/+*（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================5, 4). E.P17小鼠注射葡萄糖或载体30分钟后收集的血清胰岛素*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================5, 4. 刺激胰岛素水平P=0.16）。F.禁食16小时后P50小鼠的葡萄糖耐量试验。实验和分析如2D（n表示*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================18，18，*P<0.05）。

**图3。胰岛素生产受以下因素调节珀克在开发过程中。**
A.胰岛素总含量*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*出生后发育期间。所示为平均值±SEM（n珀克^+/−，伯克^+/+ = 第14、16页（第5页）；8.5（第17页）；第18、16页（第30页）；第10、15页（第50页）；第8、6页（第180页）*P<0.05）。B.β-细胞体积*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*出生后发育期间。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+* = 第3、4页（第17页）；第4、4页（第35页）；4、3页（第50页）；第3、3页（第75页）。在任何发育时间点均未观察到统计学意义）。C.估计的β细胞胰岛素浓度*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*出生后发育期间。小鼠的年龄如图所示，除了属于P75组的小鼠的年龄在P70至P90之间。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+* = 7.6（第5页）；9、11页（第17页）；第6、9页（第30页）；11、16页（第50页）；第9、8页（P75）*P<0.05，**P<0.01）。D.估计的β细胞数*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*使用整个胰腺中的胰岛素含量除以每个细胞的估计胰岛素含量。

**图4。第50页*珀克^+/−*由于β细胞增殖增强，小鼠表现出较高的β细胞数量。**
A.P50中胰岛或整个胰腺的基因表达水平*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*控件。所示为平均值±SEM。条形图下方显示了P50β细胞数量的估计增加*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*对照组使用每个β细胞特异性基因（胰岛数据：n=3,4；胰腺数据：n=6，4*P<0.05）。B.不同年龄小鼠β细胞的每日BrdU掺入率。所示为平均值±SEM（n珀克^+/−，伯克^+/+ = 第5、5页（第5页）；第3、4页（第17页）；第10、10页（第30页）；4、4页（第50页）；第3、3页（第70页）*P＜0.05）。

**图5。P17中胰岛素转录上调*珀克^+/−*老鼠。**
A.小鼠胰岛相对于*珀克^+/+*小鼠出生后17天。所示为平均值±SEM。（n表示*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================11,9. *P<0.05）。B.小鼠胰岛相对于*珀克^+/+*如图所示，从不同年龄的小鼠中分离出胰岛。所示为平均值±SEM。（n表示*珀克^+/−，伯克^+/+* = 第8、8页（第35页）；3、4页（第50页）；6、6（1年）。任何年龄段的任何基因均无显著差异）。

**图6。P17中新胰岛素原合成和成熟胰岛素原水平上调*珀克^+/−*老鼠。**
A.用免疫印迹法测定小鼠胰岛中新合成的胰岛素原。老鼠出生后17天。在采集蛋白质样品前15分钟添加10µg/ml嘌呤霉素。左图显示用抗嘌呤霉素探针探测的典型斑点，以及与胰岛素原C肽共定位的斑点。右侧面板显示了相对于*珀克^+/+*.（n表示*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================5, 4). B.胰岛素原总含量*珀克^+/−*小鼠相对于*珀克^+/+*在出生后的不同阶段。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+* = 第8、8页（第5页）；8,7（第17页）；第18、17页（第30页）*P<0.05）。C.在P17小鼠的胰腺样品中测量胰岛素原和胰岛素，并计算胰岛素原/胰岛素比率。所示为平均值±SEM（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================8,7. *P<0.05）。

**图7。ER伴侣在P17受到影响*珀克^+/−*老鼠。**
A–C。小鼠胰岛的基因表达水平相对于*珀克^+/+*小鼠出生后17天（图A，n=11,9）、35天（图B，n=8,8）和50天（图C，n=4,3）。所示为平均值±SEM。（*P<0.05，**P<0.01）。D.P17小鼠胰岛分离物的Western blot分析。左侧面板显示有代表性的斑点。右侧面板显示了相对于*珀克^+/+*.（n代表*珀克^+/−，伯克^+/+*====================================================================5, 5. *P<0.05，**P<0.01）。

**图8。珀克β细胞特异性基因剂量调节葡萄糖稳态和胰岛素分泌。**
A.随机喂食肝脏特异性血糖珀克KO小鼠(*利珀克^−/−)*或*利珀克^+/+*70天大。（n=8，8。出现了高血糖趋势*利珀克^−/−*但与野生型对照小鼠无显著差异。）。B.随机喂食胰腺特异性血糖*珀克^+/−（pcPerk公司^+/−)*或*pcPerk公司^+/+*P17-P35岁。小鼠处于C57B/L6背景（n表示*pcPerk公司^+/−*,*pcPerk公司^+/+*====================================================================18, 43. **P＜0.01）。C.随机喂食*珀克^+/+;β珀克*P21-P38岁的小鼠或野生型同窝小鼠。小鼠处于C57B/L6背景（n表示*珀克^+/+*,*珀克^+/+;β珀克*====================================================================63、36之间*P<0.05）。D.随机喂食的血清胰岛素*珀克^+/+;β珀克*P27-P64岁的小鼠或野生型同窝鼠。将每只小鼠的血清胰岛素标准化为野生型同窝出生小鼠的平均值。小鼠处于C57B/L6背景（n表示*珀克^+/+*,*珀克^+/+;β珀克*====================================================================44, 16. ***P<0.001）。E.公司。珀克mRNA测量*INS1公司*832/13shPerk公司用指定浓度的强力霉素预处理β细胞24小时。珀克mRNA水平归一化为非强力霉素对照水平（n=4个剂量点）。F.胰岛素分泌对2.8 mM或20 mM葡萄糖的反应*INS1公司*832/13shPerk公司用指定浓度的强力霉素预处理β细胞24小时。胰岛素分泌被归一化为总蛋白，并表示为相对于非强力霉素对照组的基础胰岛素分泌（2.8 mM葡萄糖）的倍数增加。所示为平均值±SEM。（每个治疗组n≥4。通过与no-doxyclicine对照组比较来确定统计显著性。*P<0.05，***P<0.001）。G.基因表达测量*内部1*832/13shPerk公司用指定浓度的强力霉素预处理β细胞24小时。将每个基因的mRNA水平标准化为no-doxycline对照水平（n=4个剂量点）。通过与no-doxycline对照组进行比较，确定统计显著性*P<0.05，**P<0.01）。

**图9。β细胞发育和葡萄糖稳态的PERK依赖性调节的发展综述和模型。**
A.整个发育过程中血糖和胰岛素的基因型差异。图9A是根据图2A和图2C中的数据生成的。在产后发育过程中，血糖和胰岛素呈负相关*珀克^+/−*老鼠。B.胰腺总胰岛素含量（基于图3A中的数据）、每β细胞胰岛素含量（图3C）、β细胞数（图3D）和β细胞增殖率（图7B）的基因型差异。最初β细胞数量在*珀克^+/−*但β细胞和总胰岛素较高。为了应对低β细胞数量，出生后17-50年间，β细胞增殖加快，导致β细胞数量增加*珀克^+/−*然而，随着β细胞数量的增加，每个β细胞的胰岛素含量下降，导致每个细胞中细胞数量和胰岛素浓度之间的平衡，并恢复到胰腺总胰岛素含量的同等水平。

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

蛋白激酶PERK/EIF2AK3不是通过蛋白质合成而是通过控制内质网伴侣来调节胰岛素原的加工。
Sowers CR、Wang R、Bourne RA、McGrath BC、Hu J、Bevilacqua SC、Paton JC、Paton AW、Collardeau-Frachon S、Nicolino M、Cavener DR。 Sowers CR等人。生物化学杂志。2018年4月6日；293(14):5134-5149. doi:10.1074/jbc。M117.813790。Epub 2018年2月14日。生物化学杂志。2018 PMID：29444822 免费PMC文章。
胰腺β细胞内质网应激反应。
Volchuk A，Ron D。 Volchuk A等人。糖尿病肥胖代谢。2010年10月；12补充2:48-57。doi:10.1111/j.1463-1326.2010.01271.x。糖尿病肥胖代谢。2010 PMID：21029300 审查。
β细胞生物学和胰岛素生物生成中的PERK。
Cavener博士、Gupta S、McGrath BC。 Cavener DR等人。内分泌代谢趋势。2010年12月；21(12):714-21. doi:10.1016/j.tem.2010.08.005。Epub 2010年9月17日。内分泌代谢趋势。2010 PMID：20850340 免费PMC文章。审查。
PERK（EIF2AK3）调节分泌途径中的胰岛素原运输和质量控制。
Gupta S、McGrath B、Cavener博士。 Gupta S等人。糖尿病。2010年8月；59(8):1937-47. doi:10.2337/db09-1064。Epub 2010年6月8日。糖尿病。2010 PMID：20530744 免费PMC文章。
PERK的急性消融导致ER功能障碍，随后胰岛素分泌和细胞增殖减少。
Feng D、Wei J、Gupta S、McGrath BC、Cavener DR。 Feng D等人。 BMC细胞生物学。2009年9月4日；10:61. doi:10.1186/1471-212-10-61。 BMC细胞生物学。2009 PMID：19732428 免费PMC文章。

查看所有类似文章

引用人

部分删除Perk可改善小鼠高脂饮食诱导的葡萄糖不耐受。
Lee J、Kim MJ、Moon S、Lim JY、Park KS、Jung HS。 Lee J等人。内分泌代谢（首尔）。2023年12月；38(6):782-787. doi:10.3803/EnM.2023.1738。Epub 2023年11月13日。内分泌代谢（首尔）。2023 PMID：37956968 免费PMC文章。
多酚靶向2型糖尿病胰腺β细胞死亡。
加西亚·阿吉拉尔a，吉林C。 García-Aguilar a等人。前内分泌（洛桑）。2022年11月17日；13:1052317. doi:10.3389/fendo.2022.1052317。eCollection 2022年。前内分泌（洛桑）。2022 PMID：36465657 免费PMC文章。审查。
相互作用的应激相关基因在寿命调节中的作用：将实验结果转化为人类的见解。
Yashin AI、Wu D、Arbeev K、Yashkin AP、Akushevich I、Bagley O、Duan M、Ukraintseva S。 Yashin AI等人。转基因基因组杂志。2021;5(4):357-379. Epub 2021年10月19日。转基因基因组杂志。2021 PMID：34825130 免费PMC文章。
危险生活：胰腺β细胞中保护性和有害的内质网应激反应。
Sharma RB、Landa-Galván HV、Alonso LC。 Sharma RB等人。糖尿病。2021年11月；70(11):2431-2443. doi:10.2337/dbi20-0033。糖尿病。2021 PMID：34711668 免费PMC文章。审查。
胰腺细胞对分泌需求的反应和对压力的适应。
Kalwat MA、Scheuner D、Rodrigues-Dos-Santos K、Eizirik DL、Cobb MH。 Kalwat MA等人。内分泌学。2021年11月1日；162（11）：bqab173。doi:10.1210/endor/bqab173。内分泌学。2021 PMID：34407177 免费PMC文章。审查。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Takane KK、Kleinberger JW、Salim FG、Fiaschi-Taesch NM、Stewart AF（2012）成人β细胞复制的调节和可逆诱导。糖尿病61:418-424。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Cozar-Castellano I、Fiaschi-Taesch N、Bigatel TA、Takane KK、Garcia-Ocana A等（2006），胰腺β细胞细胞周期进展的分子控制。《内镜》第27版：356–370。-公共医学
1. Weir GC、Bonner-Weir S（2013）糖尿病患者的胰岛β细胞质量及其与功能、出生和死亡的关系。《美国科学院年鉴》1281:92–105。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Kushner JA（2013）老化对β细胞更新的作用。临床研究杂志123:990–995。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Rorsman P，Renstrom E（2003）胰腺β细胞中胰岛素颗粒的动力学。糖尿病46:1029–1045。-公共医学

出版物类型

行动

MeSH术语

行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动

物质

行动
行动
行动
行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

[1] Takane KK、Kleinberger JW、Salim FG、Fiaschi-Taesch NM、Stewart AF（2012）成人β细胞复制的调节和可逆诱导。糖尿病61:418-424。-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Takane KK、Kleinberger JW、Salim FG、Fiaschi-Taesch NM、Stewart AF（2012）成人β细胞复制的调节和可逆诱导。糖尿病61:418-424。-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Cozar-Castellano I、Fiaschi-Taesch N、Bigatel TA、Takane KK、Garcia-Ocana A等（2006），胰腺β细胞细胞周期进展的分子控制。《内镜》第27版：356–370。-公共医学

[4] Cozar-Castellano I、Fiaschi-Taesch N、Bigatel TA、Takane KK、Garcia-Ocana A等（2006），胰腺β细胞细胞周期进展的分子控制。《内镜》第27版：356–370。-公共医学

[5] Weir GC、Bonner-Weir S（2013）糖尿病患者的胰岛β细胞质量及其与功能、出生和死亡的关系。《美国科学院年鉴》1281:92–105。-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Weir GC、Bonner-Weir S（2013）糖尿病患者的胰岛β细胞质量及其与功能、出生和死亡的关系。《美国科学院年鉴》1281:92–105。-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Kushner JA（2013）老化对β细胞更新的作用。临床研究杂志123:990–995。-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Kushner JA（2013）老化对β细胞更新的作用。临床研究杂志123:990–995。-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Rorsman P，Renstrom E（2003）胰腺β细胞中胰岛素颗粒的动力学。糖尿病46:1029–1045。-公共医学

[10] Rorsman P，Renstrom E（2003）胰腺β细胞中胰岛素颗粒的动力学。糖尿病46:1029–1045。-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

Perk基因剂量通过调节胰腺β细胞功能调节葡萄糖稳态

隶属关系

Perk基因剂量通过调节胰腺β细胞功能调节葡萄糖稳态

作者

隶属关系

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库