Donate

If you would like to support our clinical research you can make a tax-deductable donation to Ped IMID.

Navigation

Entries in diabetes (15)

Saturday
Jan282017

Diabetes: the fragile beta cell model

In the current issue of Trends in Molecular Medicine, we put forward the evidence for and against the beta cell fragility model, where innate defects in beta cell survival drive both type 1 and type 2 diabetes.  

Read: Liston, Todd and Lagou (2017). "Beta cell fragility as a common underlying risk factor in type 1 and type 2 diabetes". Trends in Molecular Medicine. 

 

Tuesday
Aug302016

Journal club: Genetics breaks the relationship between obesity and diabetes

Samoans tend to be physically large people, with a very strong build in addition to being at high risk for obesity. More than 50% of Samoans are obese, one of the highest rates in the world. A recent paper in Nature Genetics mapped this susceptibility to obesity to a mutation in CREBRF (p.Arg475Gln), which is common in Samoans and very rare in the rest of the world. This gene is extremely potent, the strongest obesity-causing polymorphism yet found.
Samoans also have one of the highest rates of type 2 diabetes in the world, so it is very easy to point a finger and assume that CREBRF causes both obesity and diabetes. Intruigingly, this is wrong - CREBRF (p.Arg475Gln) drives obesity but actually protects against diabetes! 

Increasingly, the theoretical correlation between BMI and diabetes seems to be breaking down. China is having both an obesity and diabetes epidemic, with the transition to a Western diet, but in China there is essentially no correlation between BMI and diabetes. It is starting to look as if diet drives these two phenomenons independently, and diabetes is not simply a consequence of obesity.

Read the article: Minster, R.L. et al. 'A thrifty variant in CREBRF strongly influences body mass index in Samoans'. Nature Genetics 4810491054 (2016).
Thursday
Jul142016

Supermuizen laten muizenissen verdwijnen

De Morgen - 14 Jul. 2016 - Pagina 17

Als ze diëten, leven ze langer. Als ze kaneel eten, leren ze sneller. En als ze genetisch gemanipuleerd zijn, genezen ze van doofheid. Dagelijks komen wetenschappers met berichten over wonderlijke muizenvondsten, met als doel de mens beter te maken. 'Supermuizen helpen zelfs tegen schuldgevoelens.'

`Blinde muizen kunnen weer zien!' Het is, inclusief uitroepteken, een muizenbericht dat agentschappen voor wetenschapsnieuws maandag aanboden. In vakblad Nature Neuroscience meldden onderzoekers dat ze voor het eerst beschadigde netvliesneuronen zodanig kunnen manipuleren dat de beschadiging ongedaan gemaakt wordt en er opnieuw optische zenuwvezels aangemaakt worden. De optische zenuw is de 'datakabel' van het oog. Hierlangs reist informatie die via het netvlies binnenkomt in de hersenen, die de informatie verwerken.

Maar door beschadigde netvliesneuronen kan dat helemaal fout lopen. Tot nu werd niet aangenomen dat die fout op zo'n diepliggend niveau ongedaan gemaakt kon worden. "Maar onze muizen tonen dat zoogdieren een grotere capaciteit hebben voor herstel van het centrale zenuwstelsel dan we dachten", zegt hoofdonderzoeker Andrew Huberman van de Stanford University School of Medicine.

Het opmerkelijke herstel bij de muisjes is het resultaat van intense visuele stimulatie in combinatie met gentherapie. Binnen de drie weken herstelden de muizen 500 keer sneller van de beschadiging dan gewoonlijk. Zoals altijd is de hamvraag of dat zal lukken bij mensen die om dezelfde reden (deels) blind zijn.

En zo gaat het altijd met muizennieuws. Ze lopen minder verouderingsschade en kanker op als ze drie genetische ouders hebben. Ze worden slimmer en leren sneller als je bepaalde genetische manipulaties doorvoert. Gemodificeerde muizen worden nooit dik en kunnen mannelijk zijn zonder Y-chromosoom. De veroudering van de huid kan worden omgekeerd. Ze kunnen herinneringen wissen...

Klinkt allemaal geweldig, maar wat die hocuspocus precies voor de mens kan betekenen, is vaak niet duidelijk en daardoor ontstaat, zeker op nieuwsredacties, een allergie aan nieuwtjes waarin muizen de superheld zijn.

Toch blijven ze maar komen en worden miljarden en miljarden euro's en vooral dollars gestopt in onderzoek waarbij genetisch gemanipuleerde varianten van de knaagdieren de show stelen door soms het onmogelijke te laten zien, zoals kanker en veroudering afblokken.

Dat komt omdat, tussen de massa pogingen en voorlopige resultaatjes, supermuizen af en toe 'prestaties neerzetten' of effecten laten zien die de mens wel degelijk vooruithelpen.

Superneus

Zo zijn er sinds kort muizen die dankzij genetische manipulatie een superneus kregen aangemeten en ingezet kunnen worden om explosieven en drugs te zoeken. In tegenstelling tot bijvoorbeeld honden en ratten die worden getraind om hetzelfde te kunnen, zijn de 'supersniffers' dankzij hun uitzonderlijke neus meteen gebruiksklaar om explosieven en drugs te ontdekken.

Het is de Belgische neurowetenschapper Charlotte D'Hulst die met haar team aan het Amerikaanse Hunter College in New York de genen van de muizen zodanig veranderde dat ze bepaalde geuren sterker kunnen ruiken. Hun supersniffers kunnen nu al twee chemische geuren gelijkend op jasmijn en pepermunt beter detecteren. Eerder modificeerden ze ook al de genen van muizen om de chemische stof DNT, een minder explosieve stof dan TNT, beter te kunnen herkennen.

Bedoeling is nu dat de snuffelhelden ook de explosieve stof TNT snel kunnen opsporen. Wanneer ze TNT ruiken, zouden de muizen door hun versterkte reukvermogen een beroerte of epilepsieaanval krijgen. Door een chip onder de huid in te planten, kunnen de wetenschappers die gedragsveranderingen waarnemen op een computer. Vervolgens kan een mens de bom of landmijn onschadelijk maken.

Ratten worden al langer ingezet om explosieven te vinden, met als voordeel dat ze niet veel geld kosten en ook niet verbonden zijn aan slechts één trainer, zoals bij honden.

Maar met de muizen van D'Hulst kan nog heel wat geld én tijd bespaard worden. De ratten die nu gebruikt worden, moeten immers altijd een trainingsperiode van ongeveer negen maanden doorlopen. De genetisch gemodificeerde muizen met een superneus kunnen die stap overslaan.

Bovendien hebben muizen nog meer voordelen. "Ratten zijn heel effectief", zegt D'Hulst. "Maar muizen, die dezelfde voordelen hebben als mijndetectors, zijn nog goedkoper om bij te houden én om te kweken." Ook is het bij hen relatief eenvoudiger om de cellen in de neus aan te passen. Daarom zoeken D'Hulst en co. eveneens naar een receptor in de neus van muizen die geactiveerd kan worden door drugs. Dan kan de supersniffer ook de drugshond vervangen om onder meer cocaïne op te sporen.

Andere zintuigen van muizen vele keren 'upgraden' of deels of volledig herstellen, zoals in het meest recente onderzoek van Huberman, biedt de wetenschap steeds meer inzicht in hoe dat ook bij de mens zou kunnen. En dat geldt voor een resem andere gezondheidsfactoren.

Alleen fastfood

Kennis over de rol van lichaamsbeweging, dieet en overgewicht, bot-en spierontwikkeling en genetische doping valt bijvoorbeeld te rapen bij genetisch gemanipuleerde muizen die de cartooneske namen 'Mighty Mouse' en 'Marathonmuis' kregen.

Die eerste heeft 70 procent meer spieren dan een natuurlijk model, de tweede kan zonder enige training tot twee keer langer lopen dan niet-gewijzigde soortgenoten. Door een specifiek gen te manipuleren, bootsten de onderzoekers met andere woorden het effect van lichaamstraining na. En als onverwachte surplus verhinderde die verandering in de genen ook dat de marathonmuis verdikt, zélfs als hij inactief is en alleen fastfood eet.

Af en toe duiken nog wel meer van die ultieme supermuizen op, die door soms maar één genverandering niet één maar een hele resem voordelen hebben, zoals topsportprestaties afleggen, langer leven, veel eten maar niet verdikken én een veel actiever seksleven.

Zo'n creatuur schiepen Amerikaanse onderzoekers die de werking van een enzym wilden bestuderen tot hun eigen verbazing. Hoewel het team meteen benadrukte dat een menselijke toepassing absoluut uit den boze is, zou het volgens hen kunnen dat met de vondst nieuwe medicijnen worden gemaakt die ook de mens 'superder' maken. Spaanse wetenschappers wisten dan weer 'supermuizen' te creëren die gegarandeerd kankervrij zijn en bijna de helft langer leven dan soortgenoten.

De onderzoekers wijzigden eerst de genen van de muizen om ze resistent te maken tegen kanker. Daarna verhoogden ze de hoeveelheid van het speciale enzym telomerase, dat de veroudering van cellen kan tegengaan. Daardoor werd hun verouderingsproces met 40 procent vertraagd omdat het enzym hun cellen herstelde zodat ze langer 'jong' bleven. Op vergevorderde leeftijd blijken de beestjes betere spieren, een gezonder huidweefsel en een betere stofwisseling te hebben.

Uiteindelijk wil de wetenschap natuurlijk geen supermensen maken, wél ziektes in de kiem smoren. Omdat kanker, zwaarlijvigheid en neurologische ouderdomsziektes zoals alzheimer tot de meest problematische sluipmoordenaars behoren waar de mens vandaag mee af te rekenen krijgt, zijn de vips onder de supermuizen de exemplaren die tonen hoe die aandoeningen schaakmat gezet kunnen worden.

Wat kanker betreft, zijn muizen, door hun gelijkenis met mensen, al meer dan een eeuw belangrijk in het onderzoek en dat is alleen maar toegenomen sinds genetische manipulatie mogelijk werd. "Het grote voordeel is dat je bij de diertjes de ontwikkeling van kanker vanaf de allereerste cel kunt volgen en er interactie is met andere cellen", zegt moleculair bioloog Jan Cools (VIB/ KU Leuven). "Dat is een echte surplus tegenover in-vitrocelsystemen."

De belangrijkste supermuizen in het kankeronderzoek zijn ongetwijfeld de modellen waarin is aangetoond hoe muizen kanker helemaal verslaan met hun immuunsysteem.

Cools: "Ondertussen is immuuntherapie ook bij mensen een groot succes, maar de methode moet nog verder ontwikkeld worden en dan blijven de genetisch gemanipuleerde muizen een erg goed studiemodel. Zo hebben we bijvoorbeeld ontdekt dat niet zomaar elke cel in een tumor kan veranderen. En we kunnen veel preciezer specifieke kankers in detail bestuderen, zowel als het gaat over hoe ze ontstaan en evolueren als over doelgerichte behandeling."

Ook in het onderzoek naar alzheimer zijn muizen waaraan gesleuteld werd doorslaggevend, vandaar de vele berichten over de knaagdiertjes die veel slimmer worden, een zwaar opgekrikt geheugen krijgen, herinneringen kunnen wissen of deels genezen van degeneratieve neurologische aandoeningen.

"Door een alzheimergen in te planten bij muizen is voor het eerst de genetische component van de ziekte bewezen, wat een enorme boost voor het onderzoek heeft betekend", zegt moleculair bioloog Bart De Strooper (VIB/KU Leuven). "Tegelijkertijd is zo, bijna per toeval, een belangrijk principe voor genezing ontdekt. Omdat muizen geen mensen zijn, krijgen ze de ziekte maar deels. Logischerwijs kun je dat effect versterken door de plakkers die alzheimer in de hersenen veroorzaken onder de huid te injecteren. Maar bij de diertjes die die injectie dan krijgen, neemt het aantal plakkers net sterk af, wat wijst op genezing."

Een tweede ontdekking, waar De Strooper zelf bij betrokken was, is dat een ander alzheimergen weghalen ervoor zorgt dat de plakkers niet meer worden aangemaakt.

Al even spectaculair zijn de doorbraken bij superintelligente muizen en muizen met een uitzonderlijk geheugen. Eén team heeft een valse herinnering bij muizen aangebracht, een ander slaagde erin 'sociale herinneringen', in dit geval een ontmoeting met een andere muis, te wissen. Ook daarbij komt genetische manipulatie kijken. Een ander voorbeeld zijn muizen waarbij één mutatie geassocieerd met autisme wordt weggehaald, waardoor ze geen nestjes meer maken. Volgens sommige onderzoekers ligt de weg dan ook open naar nieuwe behandelingen voor medische en psychiatrische aandoeningen zoals depressie, posttraumatische stress en ook alzheimer.

Achterhaalde ideeën

De Strooper bevestigt het belang daarvan en wijst erop dat de muizen de ideale onderzoeksobjecten zijn omdat je erop kunt testen wat je niet bij mensen, maar om ethische redenen ook niet bij hogere primaten kunt uitzoeken.

Zo mogelijk nog meer tot de verbeelding spreekt de muis die nooit dik wordt. Zo lopen er al verschillende exemplaren rond en ze hebben de kennis over obesitas fundamenteel bijgespijkerd. Professor Adrian Liston (VIB / KU Leuven) heeft zo'n eeuwig slanke muis.

"Wat en hoeveel ze ook eet, nooit neemt haar gewicht toe", zegt Liston. De muis heeft een mutatie van het leptinereceptorgen, waarbij zwaarlijvigheid die via de lever ontstaat, is weggenomen. Bij andere muizen is dat gebeurd in vetweefsel of in de hersenen. "Waar het op neerkomt, is dat we veel beter begrijpen hoe dat hormoon dat vetopslag regelt precies werkt", zegt Liston.

"Zo weten we bijvoorbeeld dat obesitas kan ontstaan door hoe het hormoon op het brein en niet rechtstreeks op het vet inwerkt. Dankzij de gemodificeerde muizen weten we vandaag dat vetopslag via verschillende wegen kan ontstaan, zowel door mutaties in de hersenen, organen zoals de lever of in het vet zelf."

En dat is volgens de expert een manier om achterhaalde ideeën bij leken en in de medische wereld af te voeren en mensen met overgewicht te verlossen van een schuldgevoel. Liston: "Overgewicht gaat niet enkel over te veel eten, te weinig bewegen en een gebrek aan discipline. Dat foute idee staat nog altijd overeind, ook in de medische wereld, en leidt zelfs tot depressie bij mensen die te veel wegen. Dankzij muizen weten we dat het verband met wat je eet maar gedeeltelijk is omdat er duidelijk een hele resem verschillende genetische factoren spelen die mee bepalen wat er met het voedsel dat je eet gebeurt. En dat het dus gedaan moet zijn met de patiënten de schuld te geven."

Niet naïef

Maar wat we zeker niet mogen doen, zo benadrukken De Strooper en Liston, is naïef aannemen dat wat bij muizen kan, zomaar toepasbaar is op mensen. De Strooper: "De gelijkenissen met mensen zijn groot, maar er zijn natuurlijk aanzienlijke verschillen. De genetisch gemanipuleerde muizen blijken erg belangrijk om ziektes en de werking van bijvoorbeeld de hersenen te begrijpen en nieuwe principes te ontdekken, maar daarmee heb je nog geen therapie voor mensen.

"En wanneer het bijvoorbeeld gaat over de doorbraken in het alzheimeronderzoek, zijn er al miljarden gepompt in medicijnen ontwikkelen op basis van de vondsten bij de muizen." Ook bij obesitasonderzoek is dat het geval. Net daarom ziet De Strooper nog een andere reden om het over 'supermuizen' te hebben: "Ze trekken superveel centen aan voor onderzoek dat concrete toepassingen moet opleveren en dat heeft nog niet superveel resultaat opgeleverd."

Wednesday
Jun292016

Fragility and Resilience in Diabetes

Two summers ago, Tony Cervati was tearful as he drove to the hospital to see his 6-year-old son Kyan, who had just been admitted and diagnosed with type 1 diabetes. “I knew damn well what to do,” said Cervati, a database administrator in Durham, North Carolina , who has led an active and healthy life as a type 1 diabetic himself.

Read more...

Wednesday
Apr272016

Intolerable secretion and diabetes in tolerant transgenic mice, revisited

A new mouse model linking diabetes, insulin secretion and autoimmunity with a high-fat diet supports a shared mechanism for type 1 (T1D) and type 2 (T2D) diabetes. In this model, the protein secretion system of insulin-producing pancreatic beta cells is stressed, leading to increased beta cell apoptosis and diabetes via reduced levels of the transcription factor GLIS3, a pathogenic pathway that can be mimicked by a high-fat diet.

Read more of this commentary in Nature Genetics

Wednesday
Apr132016

BioCentury Innovations

Our work was highlighted by BioCentury Innovations as a novel strategy to screen for anti-diabetic drugs:

Monday
Apr042016

Nature research highlight

Sunday
Mar272016

Yes, diabetes is a genetic disease

With the publicity of our recent Nature Genetics paper, I have been discussing diabetes with many journalists. Almost without exception they seem surprised that I call diabetes a genetic disease - and they are not alone - even among the medical community it is standard to (incorrectly) call diabetes a lifestype disease.

The genetic basis for diabetes has been long established. It really is a shame that diabetes is so often called a "lifestyle disease". It isn't. 50% of the susceptibility to type 1 diabetes is genetic, and 70% of the susceptibility to type 2 diabetes is genetic.

Most of the remainder of the susceptibility is environmental. For example, certain types of dietary fat, such as palmitate, increase the fragility of beta cells. It is quite plausible that much of the increase in diabetes incidence in the past decades is due to changes in diet that make our beta cells more fragile. But even when we are talking about dietary factors, I think it is important to recognise that much of the effect is environmental rather than lifestyle. "Lifestyle" is easy to dismiss by blaming the patient for their own choices. Calling diabetes a lifestyle disease is one of the reasons that research and medical advances in diabetes are lagging behind, and the stigma contributes to the ill effects of diabetes (e.g., increased risk of depression, more antagonistic relationships between patients and clinicians). Recognising diet as an environmental factor takes away this stigma, is more accurate and allows us to tackle the problem using public health approaches. For example, some of the highest rates of diabetes are in the poorest neighbourhoods of America. In these areas, junk food is cheap and available everywhere, while good food is simply not practical - it is rare, expensive and takes more time to prepare than many poor families have. Likewise, the neighbourhoods may not provide the physical infrastructure that allows for a mobile lifestyle (parks for kids, urban design that promotes walking, etc). It is not a "lifestyle choice" to live in these diabetogenic environments, but it is a public policy choice to allow these environments to exist.

To really tackle the diabetes epidemic we need to recognise that the root cause is not in personal choices made by individuals. The root cause is in the social structure that we have created, in the urban design of cities, the changes in food culture, the demands placed on our time. We have made unhealthy lives the easiest to live. We can either ask individuals to make heroic efforts to overcome these obstacles to a healthy lifestyle, or we can use public policy to make our food environment and urban environment more healthy. Some of these policy changes would be immediate and easy (e.g., changing the tax structure to make good foods cheaper and junk food more expensive, or regulating the removal of the most toxic components of junk food). Other policy changes will take generations - even if we require urban planning to take into account healthy lifestyle promotion, the turnover in infrastructure is so slow that it will take a long time to occur. We certainly need major medical advances, which hopefully our study will aid, because the social changes needed will take decades to fully implement. But that is no reason not to start the public policy debate now, and even the small first steps will save the lives of millions (as well as saving billions from health care budgets).
Wednesday
Mar232016

Diabetes research in the news

Our new story on diabetes research, published in Nature Genetics, has made the news this week, with TV apperances on VRT and Kanaal Z. There are also articles in English, Dutch (here, here and here), French and Spanish media.
Tuesday
Mar222016

Nature Genetics interview

Nature Genetics has an interview with me on their blog: 

The discovery that NODk mice with the insHEL transgene develop diabetes is described as being serendipitous. What were your initial thoughts about this? 

At the time we first found that NODk.insHEL male mice developed diabetes I was actually working on immune defects in NOD mice, rather than beta cell defects. My first thoughts were that this was just another immune defect, with the immune system attacking the beta cells because they expressed the insHEL transgene. Since it fit our preconceived ideas we didn’t take too much notice, but just to be safe I set up a backcross to eradicate the adaptive immune system from the NODk.insHEL mice. It took a couple of years for the mice to breed and age, so I had almost forgotten about the finding when the first immune-deficient NODk.insHEL mice started to develop diabetes. At that point I was really startled – the cross should have eliminated diabetes if it was immune-mediated. I knew then that we were looking at some completely new biology – which took another 10 years to dissect! 

What advantages does your new mouse model bring to the field?

There are so many aspects to diabetes that it is often impossible to untangle the causes of disease. For example, one of the critical clinical developments in type 2 diabetes is the death of beta cells. It marks a shift from insulin-resistant diabetes (which is largely treatable), to insulin-deficient/insulin-resistant diabetes (for which there are no effective treatments). But why are the beta cells dying? From previously mouse models there were many reasonable hypotheses that were put forward – maybe it is the demand placed on the beta cell for extra insulin production, maybe it is a toxic effect of high blood glucose levels, maybe it is a side-effect of the high fat diet used to induce diabetes in the first place, or maybe it is immune-mediated. Our model has the advantage that it can strip away all of these interactions to observe the direct effects of forcing beta cells to produce too much protein – a process that results in beta cell failure. Looking forward, I see a major advantage in using this model to screen for drugs that stop the loss of beta cells in type 2 diabetes, which is really the key unmet medical need in diabetes treatment.

One of your interesting observations is the difference in diabetes incidence between the male and female mice, mediated by male sex hormones.  What parallels are there with humans and how might you use this model to explore this further?

So far we have only seen diabetes in male insHEL mice, despite challenging female insHEL mice with multiple strategies that promote diabetes in male mice (diet, autoimmunity, genetic background). At a cellular level it looks like male islets are just under more metabolic pressure than female islets, such that the insHEL stress is enough to make male mice diabetic, while female mice stay healthy. This could actually explain a lot about the epidemiology of type 1 diabetes in humans. Most autoimmune diseases have a strong female bias, while type 1 diabetes has a weak male bias. Our hypothesis is that maybe males have an intrinsic islet fragility (perhaps from supporting a larger body mass), while females have an intrinsic susceptibility to autoimmune disease. In epidemiological terms, these two effects may cancel each other out, leading to similar levels of type 1 diabetes in males and females, but at a clinical level it may mean that different individuals would respond better to different treatment strategies.   

You identified two loci linked with insHEL-induced diabetes in the NODk mice.  What were your expectations about what you would find? Where you excited when Xrcc4 and Glis3 were identified as candidate genes?

Geneticists have been trying to work out the basis of spontaneous diabetes in NOD mice since the strain was first published in 1980. It turns out to be a very complex problem – there are more than 20 loci that contribute to diabetes susceptibility, and each time a loci is analysed in detail it ends up being a cluster of weaker loci working together. Decades later and we are only sure about a handful of candidates genes – so I didn’t have high expectations that we would progress far when looking at the genetics of insHEL-triggered diabetes. It turns out, however, that we had several major advantages. First, the genetics ended up being much simpler, with linkage only observed on two chromosomes. Second, because we knew which cell type was important – the beta cell – we were not operating in the dark about candidates. After filtering for expression in beta cells we were left with only a handful of candidates. Seeing Xrcc4 and Glis3 on the final list was bliss – they both made perfect biological sense. GLIS3 is one of the very few genes linked to both type 1 and type 2 diabetes in humans, and here we had it on our shortlist for a model that contains aspects of both diseases! It had taken more than 10 years to get to those two genes, but then we reached one of those dream runs in the laboratory where all the data just comes together, and every experiment gave support to the candidates.

You identify beta cell failure as a common link between T1D and T2D.  Are there ways that your findings can impact the clinical understanding or management of these diseases? 

In some ways, what we have here is the laboratory catching up to the clinic. The clinical overlaps between type 1 and type 2 diabetes have been apparent from the start, yet the research on genetics and animal models has consistently emphasized the differences. We may be in the process of reconciling these two approaches. The model that I favour is one where beta cell robustness or fragility lies at the centre of both diseases. In type 1 diabetes, failures in immune tolerance promote an attack on the beta cell, while in type 2 diabetes, hepatic insulin resistance leads to beta cell stress. In both cases, however, it may be the intrinsic robustness or fragility of the beta cell that dictate whether the pressure on beta cells remains subclinical or leads to diabetes. If this model holds true in patients then it would present a golden opportunity for preventing diabetes by increasing the robustness of beta cells.