Background/Aims: Several clinical, epidemiological, and animal studies indicate that nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) may alter the incidence of colorectal cancer.A likely target for NSAlDs is cyclooxygenase, a key enzyme in arachidonic acid metabolism.Two isoforms of this enzyme have been identified; cyclooxygenase (COX) 1 and COX-2.The present study was undertaken to determine if there is differential expression of these isoforms in colorectal neoplasia, and, if so, at what stage in malignant transformation this occurs.Methods: COX-1 and COX-2 messenger RNA (mRNA) levels were determined by Northern blot analysis of poly(A)+ RNA isolated from human colorectal cancers, adenomas, and accompanying normal mucosa.Results: There was a marked increase in COX-2 mRNA levels in 12 of 14 carcinomas (86%) compared with paired normal mucosa.In contrast, there was equivalent intensity of the COX-1 mRNA transcript between the normal mucosa and cancer in all 14 cases.In six pairs of colorectal adenomas and normal mucosa, three showed upregulation of COX-2 in the adenoma compared with the normal mucosa.Because COX-2 expression is low to undetectable in normal colorectal mucosa, 14 unpaired adenomas were examined for COX-2 expression; a clearly detectable transcript was identified in six (43%).Conclusions: COX-2, but not COX-1, gene expression is markedly elevated in most human colorectal cancers compared with accompanying normal mucosa.Furthermore, COX-2 expression seems to be increased in a subset of adenomas.COX-2 may provide an attractive therapeutic target in colorectal neoplasia.

BACKGROUND & AIMS: Multiple studies show that continuous use of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) lowers the risk of colon cancer in humans and carcinogen-treated rodents. One target for NSAIDs is cyclooxygenase (COX), and two isoforms of this enzyme have been identified: COX-1 and COX-2. The present study was undertaken to determine if there is differential expression of COX in colonic tumors in azoxymethane-treated rats. METHODS: COX-1 and COX-2 messenger RNA levels were determined by Northern blot analysis of total RNA isolated from colonic tumors and normal adjacent mucosa. COX-2 protein levels were determined by Western blotting analysis. Quantitation of relative band densities was performed using standard densitometry scanning techniques. RESULTS: There was a marked increase in COX-2 RNA levels in six of six colonic tumors compared with paired normal mucosa. In contrast, there was equivalent intensity of the COX-1 RNA transcript between the normal mucosa and tumor in all of the specimens examined. Western blotting analysis showed an increase in the level of the COX-2 protein in four of five of the colonic tumor samples. CONCLUSIONS: COX- 2 but not COX-1 gene expression is markedly elevated in most colonic tumors examined in azoxymethane-treated rodents. COX-2 may provide a target for chemopreventive strategies for colorectal cancer. (Gastroenterology 1996 Apr;110(4):1259-62)

Reports of new-onset diabetes and diabetic ketoacidosis in individuals with COVID-19 have led to the hypothesis that SARS-CoV-2, the virus that causes COVID-19, is directly cytotoxic to pancreatic islet β cells. This would require binding and entry of SARS-CoV-2 into host β cells via cell surface co-expression of ACE2 and TMPRSS2, the putative receptor and effector protease, respectively. To define ACE2 and TMPRSS2 expression in the human pancreas, we examined six transcriptional datasets from primary human islet cells and assessed protein expression by immunofluorescence in pancreata from donors with and without diabetes. ACE2 and TMPRSS2 transcripts were low or undetectable in pancreatic islet endocrine cells as determined by bulk or single cell RNA sequencing, and neither protein was detected in α or β cells from these donors. Instead, ACE2 protein was expressed in the islet and exocrine tissue microvasculature and also found in a subset of pancreatic ducts, whereas TMPRSS2 protein was restricted to ductal cells. The absence of significant ACE2 and TMPRSS2 co-expression in islet endocrine cells reduces the likelihood that SARS-CoV-2 directly infects pancreatic islet β cells through these cell entry proteins.

SUMMARY A hallmark of type 2 diabetes (T2D), a major cause of world-wide morbidity and mortality, is dysfunction of insulin-producing pancreatic islet β cells 1–3 . T2D genome-wide association studies (GWAS) have identified hundreds of signals, mostly in the non-coding genome and overlapping β cell regulatory elements, but translating these into biological mechanisms has been challenging 4–6 . To identify early disease-driving events, we performed single cell spatial proteomics, sorted cell transcriptomics, and assessed islet physiology on pancreatic tissue from short-duration T2D and control donors. Here, through integrative analyses of these diverse modalities, we show that multiple gene regulatory modules are associated with early-stage T2D β cell-intrinsic defects. One notable example is the transcription factor RFX6, which we show is a highly connected β cell hub gene that is reduced in T2D and governs a gene regulatory network associated with insulin secretion defects and T2D GWAS variants. We validated the critical role of RFX6 in β cells through direct perturbation in primary human islets followed by physiological and single nucleus multiome profiling, which showed reduced dynamic insulin secretion and large-scale changes in the β cell transcriptome and chromatin accessibility landscape. Understanding the molecular mechanisms of complex, systemic diseases necessitates integration of signals from multiple molecules, cells, organs, and individuals and thus we anticipate this approach will be a useful template to identify and validate key regulatory networks and master hub genes for other diseases or traits with GWAS data.

ABSTRACT Islet-enriched transcription factors (TFs) exert broad control over cellular processes in pancreatic α and β cells and changes in their expression are associated with developmental state and diabetes. However, the implications of heterogeneity in TF expression across islet cell populations are not well understood. To define this TF heterogeneity and its consequences for cellular function, we profiled >40,000 cells from normal human islets by scRNA-seq and stratified α and β cells based on combinatorial TF expression. Subpopulations of islet cells co-expressing ARX/MAFB (α cells) and MAFA / MAFB (β cells) exhibited greater expression of key genes related to glucose sensing and hormone secretion relative to subpopulations expressing only one or neither TF. Moreover, all subpopulations were identified in native pancreatic tissue from multiple donors. By Patch-seq, MAFA / MAFB co-expressing β cells showed enhanced electrophysiological activity. Thus, these results indicate combinatorial TF expression in islet α and β cells predicts highly functional, mature subpopulations.

G-protein-coupled-receptors (GPCRs) modulate insulin secretion from β cells and glucagon secretion from α cells. Here, we developed an integrated approach to study the function of primary human islet cells using genetically modified pseudoislets that resemble native islets across multiple parameters. We studied the Gi and Gq GPCR pathways by expressing the designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs) hM4Di or hM3Dq. Activation of Gi signaling reduced insulin and glucagon secretion, while activation of Gq signaling stimulated glucagon secretion but had both stimulatory and inhibitory effects on insulin secretion. Further, we developed a microperifusion system that allowed synchronous acquisition of GCaMP6f biosensor signal and hormone secretory profiles and showed that the dual effects for Gq signaling occur through changes in intracellular Ca2+. By combining pseudoislets with a microfluidic system, we co-registered intracellular signaling dynamics and hormone secretion and demonstrated differences in GPCR signaling pathways between human β and α cells.

ABSTRACT Endogenous β cell regeneration could alleviate diabetes, but proliferative stimuli within the islet microenvironment are incompletely understood. We previously found that β cell recovery following hypervascularization-induced β cell loss involves interactions with endothelial cells (ECs) and macrophages (MΦs). Here we show that proliferative ECs modulate MΦ infiltration and phenotype during β cell loss, and recruited MΦs are essential for β cell recovery. Furthermore, VEGFR2 inactivation in quiescent ECs accelerates islet vascular regression during β cell recovery and leads to increased β cell proliferation without changes in MΦ phenotype or number. Transcriptome analysis of β cells, ECs, and MΦs reveals that β cell proliferation coincides with elevated expression of extracellular matrix remodeling molecules and growth factors likely driving activation of proliferative signaling pathways in β cells. Collectively, these findings suggest a new β cell regeneration paradigm whereby coordinated interactions between intra-islet MΦs, ECs, and extracellular matrix mediate β cell self-renewal.