Abstract The loss of pancreatic β-cell identity emerges as an important feature of type 2 diabetes development, but the molecular mechanisms are still elusive. Here, we explore the cell-autonomous role of the cell cycle regulator and transcription factor E2F1 in the maintenance of β-cell identity and insulin secretion. We show that the β-cell-specific loss of E2f1 function in mice triggers glucose intolerance associated with defective insulin secretion, an altered α-to-β-cell ratio, a downregulation of many β-cell genes and a concomitant increase of non-β-cell markers. Mechanistically, the epigenomic profiling of non-beta cell upregulated gene promoters identified an enrichment of bivalent H3K4me3/H3K27me3 or H3K27me3 marks. Conversely, downregulated genes were enriched in active chromatin H3K4me3 and H3K27ac histone marks. We find that histone deacetylase inhibitors modulate E2F1 transcriptional and epigenomic signatures associated with these β-cell dysfunctions. Finally, the pharmacological inhibition of E2F transcriptional activity in human islets also impairs insulin secretion and the expression of β-cell identity genes. Our data suggest that E2F1 is critical for maintaining β-cell identity through a sustained repression of non β-cell transcriptional programs.

Abstract Objective The pancreatic islets of Langerhans contain distinct cell subtypes including insulin-producing β cells. Although their cell-specific gene expression pattern defines their identity, the underlying molecular network driving this transcriptional specificity is not fully understood. Among the numerous transcriptional regulators, histone deacetylases (HDAC) enzymes are potent chromatin modifiers which directly regulate gene expression through deacetylation of lysine residues within specific histone proteins. The precise molecular mechanisms underlying HDAC effects on cellular plasticity and β-cell identity are currently unknown. Methods The pharmacological inhibition of HDAC activity by trichostatin A (TSA) was studied in the mouse Min6 and human EndocBH1 cell lines, as well as primary mouse sorted β cells and human pancreatic islets. The molecular and functional effects of treating these complementary β-cell models with TSA was explored at the epigenomic and transcriptomic level through next-generation sequencing of chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays (ChIP-seq) and RNA sequencing (RNA-seq) experiments, respectively. Results We showed that TSA alters insulin secretion associated with β-cell specific transcriptome programming in both mouse and human β-cell lines, as well as on human pancreatic islets. We also demonstrated that this alternative β-cell transcriptional program in response to HDAC inhibition is related to an epigenome-wide remodeling at both promoters and enhancers. Conclusions Taken together, our data indicate that full HDAC activity is required to safeguard the epigenome, to protect against loss of β-cell identity with unsuitable expression of genes associated with alternative cell fates.

Abstract Type 2 diabetes (T2D) is a metabolic disorder characterized by loss of pancreatic β- cell function, decreased insulin secretion and increased insulin resistance, that affects more than 400 million people worldwide. Although several treatments are proposed to patients suffering from T2D, long-term control of glycemia remains a challenge. Therefore, identifying new potential drugs and targets that positively affect β-cell function and insulin secretion remains crucial. Here, we developed an automated approach to allow the identification of new compounds or genes potentially involved in β-cell function in a 384-well plate format, using the murine β-cell model Min6. Using MALDI-TOF mass spectrometry, we have implemented a high-throughput screening (HTS) strategy based on the automation of a cellular assay allowing to detect insulin secretion in response to glucose, quantitative detection of insulin, in a miniaturized system. As a proof of concept, we screened siRNA targeting well-know β-cell genes and 1600 chemical compounds and identified several molecules as potential regulators of insulin secretion and/or synthesis, demonstrating that our approach allows HTS of insulin secretion in vitro .

Abstract Compromised β-cell function contributes to type 2 diabetes (T2D) development. The glucagon like peptide 1 (Glp-1) has emerged as a hormone with broad pharmacological potential toward T2D treatment, notably by improving β-cell functions. Recent data have shown that the transcription factor E2f1, besides its role as a cell cycle regulator, is involved in glucose homeostasis by modulating β-cell mass, function and identity. Here, we demonstrate a crosstalk between the E2F1, phosphorylation of retinoblastoma protein (pRb) and Glp-1 signaling pathways. We found that β-cell specific E2f1 deficient mice ( E2f1 β−/− ) presented with impaired glucose homeostasis and decreased glucose stimulated-insulin secretion mediated by exendin 4 ( i . e ., GLP1R agonist), which were associated with decreased expression of Glp1r encoding Glp-1 receptor (GLP1R) in E2f1 β−/− pancreatic islets. Decreasing E2F1 transcriptional activity with an E2F inhibitor in islets from nondiabetic humans decreased GLP1R levels and blunted the incretin effect of exendin 4 on insulin secretion. Conversely, overexpressing E2f1 in pancreatic β cells increased Glp1r expression associated with enhanced insulin secretion mediated by GLP1R agonist. Interestingly, kinome analysis of mouse islets demonstrated that an acute treatment with exendin 4 increased pRb phosphorylation and subsequent E2f1 transcriptional activity. This study suggests a molecular crosstalk between the E2F1/pRb and GLP1R signaling pathways that modulates insulin secretion and glucose homeostasis.