Limitations in mitochondrial programming restrain the differentiation and maturation of human stem cell-derived β cells

干细胞 细胞生物学 细胞分化 线粒体 生物 遗传学 基因
作者
Anne Lietzke,Elizabeth Bealer,Kelly Crumley,Jessica King,Ava M. Stendahl,Jie Zhu,Gemma L. Pearson,Elena Levi-D’Ancona,Belle A. Henry-Kanarek,Emma C. Reck,Manikanta Arnipalli,Vaibhav Sidarala,Emily M. Walker,Subramaniam Pennathur,Jesper Grud Skat Madsen,Lonnie D. Shea,Scott A. Soleimanpour
标识
DOI:10.1101/2024.07.26.605318
摘要

ABSTRACT Pluripotent stem cell (SC)-derived islets offer hope as a renewable source for β cell replacement for type 1 diabetes (T1D), yet functional and metabolic immaturity may limit their long-term therapeutic potential. Here, we show that limitations in mitochondrial transcriptional programming impede the formation and maturation of SC-derived β (SC-β) cells. Utilizing transcriptomic profiling, assessments of chromatin accessibility, mitochondrial phenotyping, and lipidomics analyses, we observed that SC-β cells exhibit reduced oxidative and mitochondrial fatty acid metabolism compared to primary human islets that are related to limitations in key mitochondrial transcriptional networks. Surprisingly, we found that reductions in glucose- stimulated mitochondrial respiration in SC-islets were not associated with alterations in mitochondrial mass, structure, or genome integrity. In contrast, SC-islets show limited expression of targets of PPARIZ and PPARγ, which regulate mitochondrial programming, yet whose functions in β cell differentiation are unknown. Importantly, treatment with WY14643, a potent PPARIZ agonist, induced expression of mitochondrial targets, improved insulin secretion, and increased the formation and maturation of SC-β cells both in vitro and following transplantation. Thus, mitochondrial programming promotes the differentiation and maturation of SC-β cells and may be a promising target to improve β cell replacement efforts for T1D.
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