Abstract 463 million people globally suffer from diabetes. The majority are deficient in insulin-producing pancreatic beta cells, although beta cells remain in most people with diabetes. Unfortunately, although many diabetes drugs exist, none is able to increase adult human beta cell numbers. Recently, small molecules that inhibit the kinase, DYRK1A, have been suggested to induce human beta cell replication in vitro and in vivo as assessed using proliferation markers, and this is enhanced by drugs that stimulate the GLP1 receptor (GLP1R) on beta cells. DYRK1A inhibitors also enhance human beta cell differentiation and function. However, it is unknown whether any drug can actually increase human beta cell mass in vivo , reflecting: 1) the intrinsic resistance of human beta cells to regeneration; and, 2) the current technical inability to accurately assess human beta cell mass in vivo . Here, we demonstrate for the first time that combining a DYRK1A inhibitor with a GLP1R agonist increases actual human beta cell numbers and overall mass in vivo by 400-700% in diabetic and non-diabetic mice over three months. We further describe a novel application of tissue-clearing and 3D imaging for quantification of human beta cell mass. These findings should be transformative for diabetes treatment.

ABSTRACT Sympathetic activation during cold exposure increases adipocyte thermogenesis via expression of mitochondrial protein uncoupling protein 1 (UCP1) 1 . The propensity of adipocytes to express UCP1 is under a critical influence of the adipose microenvironment and varies among various fat depots 2–7 . Here we report that cold-induced adipocyte UCP1 expression in female mouse subcutaneous white adipose tissue (scWAT) is regulated by mammary gland ductal epithelial cells in the adipose niche. Single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) show that under cold condition glandular alveolar and hormone-sensing luminal epithelium subtypes express transcripts that encode secretory factors involved in regulating adipocyte UCP1 expression. We term mammary duct secretory factors as “mammokines”. Using whole-tissue immunofluorescence 3D visualization, we reveal previously undescribed sympathetic nerve-ductal points of contact and show that sympathetic nerve-activated mammary ducts limit adipocyte UCP1 expression via cold-induced mammokine production. Both in vivo and ex vivo ablation of mammary ductal epithelium enhances cold-induced scWAT adipocyte thermogenic gene program. The mammary duct network extends throughout most scWATs in female mice, which under cold exposure show markedly less UCP1 expression, fat oxidation, energy expenditure, and subcutaneous fat mass loss compared to male mice. These results show a previously uncharacterized role of sympathetic nerve-activated glandular epithelium in adipocyte thermogenesis. Overall, our findings suggest an evolutionary role of mammary duct luminal cells in defending glandular adiposity during cold exposure, highlight mammary gland epithelium as a highly active metabolic cell type, and implicate a broader role of mammokines in mammary gland physiology and systemic metabolism.

Five hundred thirty-seven million people globally suffer from diabetes. Insulin-producing β cells are reduced in number in most people with diabetes, but most individuals still have some residual β cells. However, none of the many diabetes drugs in common use increases human β cell numbers. Recently, small molecules that inhibit dual tyrosine-regulated kinase 1A (DYRK1A) have been shown to induce immunohistochemical markers of human β cell replication, and this is enhanced by drugs that stimulate the glucagon-like peptide 1 (GLP1) receptor (GLP1R) on β cells. However, it remains to be demonstrated whether these immunohistochemical findings translate into an actual increase in human β cell numbers in vivo. It is also unknown whether DYRK1A inhibitors together with GLP1R agonists (GLP1RAs) affect human β cell survival. Here, using an optimized immunolabeling-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs (iDISCO

Hypoglycemia is a frequent complication of diabetes, limiting therapy and increasing morbidity and mortality. With recurrent hypoglycemia, the counter-regulatory response (CRR) to decreased blood glucose is blunted, resulting in hypoglycemia unawareness. The mechanisms leading to these blunted effects remain incompletely understood. Here, we identify, with in situ hybridization, immunohistochemistry and the tissue clearing capability of iDisco, that GHRH neurons represent a unique population of arcuate nucleus neurons activated by glucose deprivation in vivo. Repeated glucose deprivation reduces GHRH neuron activation and remodels excitatory and inhibitory inputs to GHRH neurons. We show low glucose sensing is coupled to GHRH neuron depolarization, decreased ATP production and mitochondrial fusion. Repeated hypoglycemia attenuates these responses during low glucose. By maintaining mitochondrial length with the small molecule, mdivi-1, we preserved hypoglycemia sensitivity in vitro and in vivo. Our findings present possible mechanisms for the blunting of the CRR, broaden significantly our understanding of the structure of GHRH neurons and for the fist time, propose that mitochondrial dynamics play an important role in hypoglycemia unawareness. We conclude that interventions targeting mitochondrial fission in GHRH neurons may offer a new pathway to prevent hypoglycemia unawareness in diabetic patients.