doktorska disertacija
Andraž Stožer (Avtor), Marjan Rupnik (Mentor), Marjan Rupnik (Član komisije za zagovor), Dušica Pahor (Član komisije za zagovor), Marko Marhl (Član komisije za zagovor), Gregor Majdič (Član komisije za zagovor), Ivan Krajnc (Član komisije za zagovor)

Povzetek

V endokrinih celicah Langerhansovih otočkov so kalcijevi ioni (Ca2+) pomemben element sklopitve med celično stimulacijo in sekrecijo hormonov. Od uvedbe sodobne fluorimetrije so številne študije in vitro, pretežno na izoliranih otočkih, preučevale učinke različnih sekretagogov na znotrajcelično koncentracijo ionov Ca2+, predvsem v celicah beta, ki izločajo inzulin. Pri razumevanju fizioloških sprememb znotrajcelične koncentracije ionov Ca2+ ostaja vrsta nejasnosti. Zaradi tehničnih omejitev izsledki teh študij temeljijo na podatkih, pridobljenih na razmeroma majhnem številu v najbolj zunanjih plasteh otočka nahajajočih se celic. Prav tako so rezultati odvisni od trajanja in pogojev kultivacije izoliranih otočkov, zaradi česar niso zmeraj združljivi z rezultati, pridobljenimi v pogojih in vivo. Poglavitni nejasnosti sta, kakšna je narava oscilacij znotrajcelične koncentracije ionov Ca2+ in ali so kalcijevi valovi tisti, ki sinhronizirajo aktivnost velikega števila celic. V tej disertaciji predstavljamo novo eksperimentalno metodo in situ, ki združuje pripravo sveže tkivne rezine trebušne slinavke miši z barvanjem z estrskimi fluorescenčni indikatorji, občutljivimi na znotrajcelično koncentracijo ionov Ca2+, in s konfokalno mikroskopijo z laserskim skenerjem. Metodo smo razvili, da bi v eksperimentalnih pogojih, ki so zelo blizu razmeram in vivo, preučevali veliko število celic iz vseh plasti Langerhansovih otočkov in z njeno pomočjo odgovorili na zgornji vprašanji. Da bi dobili boljši vpogled v aktivnost in sklopitev celic, smo v pričujoči nalogi kot prvi analizirali delovanje Langerhansovih otočkov s pomočjo teorije kompleksnih mrež. V realni prostor umeščene mreže smo konstruirali iz električno sklopljenih celic beta, ki smo jih funkcionalno povezali na osnovi korelacij med fluorescenčnimi signali vseh parov celic. Funkcionalne mreže smo analizirali v luči znanih strukturnih in fizioloških značilnosti otočkov. Naši poskusi so pokazali, da so v svežih tkivnih rezinah stabilne hitre oscilacije koncentracije znotrajceličnih ionov Ca2+ prevadujoči tip oscilacij in da so kalcijevi valovi podlaga sinhronizacije teh oscilacij v različnih celicah določenega otočka. Prav tako smo ugotovili, da na začetku odziva na glukozo tudi velika sprememba znotrajcelične koncentracije Ca2+ v določeni celici ni zadosten pogoj za odziv ostalih celic in da je za sklopitev med celicami nujna presnovna aktivacija vsake celice. Ob preučevanju razvoja mreže celic beta po odzivu na glukozo smo pokazali, da so celice bolj korelirane v stimulativnih kot v nestimulativnih pogojih. Največjo stopnjo korelacije, v pretežni meri neodvisno od evklidskih razdalj med celicami, smo ugotovili v času aktivacije in deaktivacije, ko se vse celice odzivajo na zunanji stimulus. V času stacionarne aktivnosti stopnja korelacije kaže jasno odvisnost od evklidske razdalje in potrjuje idejo, da se celice beta sinhronizirajo s pomočjo kalcijevih valov, ki se širijo od celice do celice. Funkcionalna mreža celic beta kaže lastnosti malega sveta, kar namiguje, da je sincicij celic beta organiziran tako, da podpira optimalno sinhronizacijo. Naša metoda je omogočila vpogled v delovanje večjega števila celic naenkrat kot doslej razpoložljive metode, odpravila kontroverze glede tipa oscilacij in prisotnosti kalcijevih valov in osvetlila razmerje med topologijo mreže in njenim delovanjem. Menimo, da so to zadostni razlogi, da postane ena od metod izbora za študij fiziologije Langerhansovih otočkov.

Ključne besede

Langerhansovi otočki;trebušna slinavka;

Podatki

Jezik: Slovenski jezik
Leto izida:
Izvor: [S. l.
Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija: UM MF - Medicinska fakulteta
Založnik: A. Stožer]
UDK: 612.349.7(043.3)
COBISS: 512267064 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 2844
Št. prenosov: 514
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Angleški jezik
Sekundarni naslov: The influence of metabolically relevant factors on function of beta cells
Sekundarni povzetek: In endocrine cells within islets of Langerhans calcium ions are an important element to couple cell stimulation to hormone secretion. Since the advent of modern fluorimetry, numerous in vitro studies employing primarily isolated mouse islets have investigated the effects of various secretagogues on cytoplasmic calcium, predominantly in insulin-secreting beta cells. Still, trying to understand the physiological changes of cytoplasmic calcium, one faces a number of controversies. Due to technical limitations, insights of these studies are inherently limited to a rather small subpopulation of outermost cells. The results also seem to depend on various factors, like culture conditions and duration, and are not always easily reconcilable with findings in vivo. The main controversies regard the types of calcium oscillations, presence of calcium waves, and the level of synchronized activity. Here, we set out to combine the in situ acute mouse pancreas tissue slice preparation with noninvasive fluorescent calcium labeling and subsequent confocal laser scanning microscopy to shed new light on the existing controversies utilizing an innovative approach enabling the characterization of responses in many cells from all layers of islets. To gain further insight into the activity and coupling of cells, we also analyze the function of islets of Langerhans employing diagnostic tools from complex network theory. We are the first to propose a network representation of pancreatic islets of Langerhans. Physically embedded networks are constructed of electrically coupled insulin releasing beta cells, functionally connected on the basis of correlations between calcium dynamics of individual cells, obtained by means of confocal laser-scanning calcium imaging in islets from acute mouse pancreatic tissue slices. Functional networks are analyzed in the light of known structural and physiological properties of islets. Our experiments reproducibly showed stable fast calcium oscillations on a sustained plateau rather than slow oscillations as the predominant type of response in acute tissue slices, and that calcium waves are the mechanistic substrate for synchronization of oscillations. We also found indirect evidence that even a large amplitude calcium signal was not sufficient and that preceding metabolic activation was necessary to ensure cell synchronization upon stimulation with glucose. Focusing on the temporal evolution of the network under stimulation with glucose, we show that the dynamics are more correlated under stimulation than under non-stimulated conditions. In particular, the highest overall correlation, largely independent of Euclidean distances between cells, is observed in the activation and deactivation phases when cells are driven by an external stimulus. Most interestingly, we find that the range of interactions in networks during activity shows a clear dependence on the Euclidean distance, lending support to previous observations that beta cells are synchronized via calcium waves spreading throughout islets. Moreover, the functional connectivity patterns between beta-cells exhibit small-world properties, suggesting that coupling in beta cells is organized in a way that supports optimal synchronization. Our novel method enabled access to a large number of cells from all layers of an islet, helped resolve existing controversies, and shed new light on the relationship between network topology and functional organization of pancreatic islets based on experimental data. We believe, these are sufficient reasons to make it one of the methods of choice for the foreseeable future.
Sekundarne ključne besede: Islets of Langerhans;
URN: URN:SI:UM:
Vrsta dela (COBISS): Doktorska disertacija
Komentar na gradivo: Univ. v Mariboru, Medicinska fak.
Strani: 132, [35] f.
Ključne besede (UDK): applied sciences;medicine;technology;uporabne znanosti;medicina;tehnika;medical sciences;medicina;physiology;human and comparative physiology;fiziologija;fiziologija človeka in primerjalna fiziologija;alimentation;eating;digestion;nutrition;prehranjevanje;hranjenje;prebava;nutracija;
ID: 14006