ABSTRACT Impaired pancreatic β-cell function and insulin secretion are hallmarks of type 2 diabetes. MicroRNAs are short non-coding RNAs that silence gene expression, vital for the development and function of β-cells. We have previously shown that β-cell specific deletion of the important energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) results in increased miR-125b-5p levels. Nevertheless, the function of this miRNA in β-cells is unclear. We hypothesized that miR-125b-5p expression is regulated by glucose and that this miRNA mediates some of the deleterious effects of hyperglycaemia in β-cells. Here we show that islet miR-125b-5p expression is up-regulated by glucose in an AMPK-dependent manner and that short-term miR-125b-5p overexpression impairs glucose stimulated insulin secretion (GSIS) in the mouse insulinoma MIN6 cells and in human islets. An unbiased high-throughput screen in MIN6 cells identified multiple miR-125b-5p targets, including the transporter of lysosomal hydrolases M6pr and the mitochondrial fission regulator Mtfp1 . Inactivation of miR-125b-5p in the human β-cell line EndoCβ-H1 shortened mitochondria and enhanced GSIS, whilst mice overexpressing miR-125b-5p selectively in β-cells (MIR125B-Tg) were hyperglycaemic and glucose intolerant. MIR125B-Tg β-cells contained enlarged lysosomal structures and showed reduced insulin content and secretion. Collectively, we identify miR-125b as a glucose-controlled regulator of organelle dynamics that modulates insulin secretion. Graphical abstract

Genetic studies promise to provide insight into the molecular mechanisms underlying type 2 diabetes (T2D). Variants associated with T2D are often located in tissue-specific enhancer regions (enhancer clusters, stretch enhancers or super-enhancers). So far, such domains have been defined through clustering of enhancers in linear genome maps rather than in 3D-space. Furthermore, their target genes are generally unknown. We have now created promoter capture Hi-C maps in human pancreatic islets. This linked diabetes-associated enhancers with their target genes, often located hundreds of kilobases away. It further revealed sets of islet enhancers, super-enhancers and active promoters that form 3D higher-order hubs, some of which show coordinated glucose-dependent activity. Hub genetic variants impact the heritability of insulin secretion, and help identify individuals in whom genetic variation of islet function is important for T2D. Human islet 3D chromatin architecture thus provides a framework for interpretation of T2D GWAS signals.

Recent studies have uncovered thousands of long non-coding RNAs (lncRNAs) in human pancreatic β cells. β cell lncRNAs are often cell type-specific, and exhibit dynamic regulation during differentiation or upon changing glucose concentrations. Although these features hint at a role of lncRNAs in β cell gene regulation and diabetes, the function of β cell lncRNAs remains largely unknown. In this study, we investigated the function of β cell-specific lncRNAs and transcription factors using transcript knockdowns and co-expression network analysis. This revealed lncRNAs that function in concert with transcription factors to regulate β cell-specific transcriptional networks. We further demonstrate that lncRNA PLUTO affects local three-dimensional chromatin structure and transcription of PDX1, encoding a key β cell transcription factor, and that both PLUTO and PDX1 are downregulated in islets from donors with type 2 diabetes or impaired glucose tolerance. These results implicate lncRNAs in the regulation of β cell-specific transcription factor networks.