Emerging evidence points toward an intricate relationship between the pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19) and diabetes. While preexisting diabetes is associated with severe COVID-19, it is unclear whether COVID-19 severity is a cause or consequence of diabetes. To mechanistically link COVID-19 to diabetes, we tested whether insulin-producing pancreatic β cells can be infected by SARS-CoV-2 and cause β cell depletion. We found that the SARS-CoV-2 receptor, ACE2, and related entry factors (TMPRSS2, NRP1, and TRFC) are expressed in β cells, with selectively high expression of NRP1. We discovered that SARS-CoV-2 infects human pancreatic β cells in patients who succumbed to COVID-19 and selectively infects human islet β cells in vitro. We demonstrated that SARS-CoV-2 infection attenuates pancreatic insulin levels and secretion and induces β cell apoptosis, each rescued by NRP1 inhibition. Phosphoproteomic pathway analysis of infected islets indicates apoptotic β cell signaling, similar to that observed in type 1 diabetes (T1D). In summary, our study shows SARS-CoV-2 can directly induce β cell killing.

Reliance on rodents for understanding pancreatic genetics, development and islet function could limit progress in developing interventions for human diseases like diabetes mellitus. Similarities of pancreas morphology and function suggest that porcine and human pancreas developmental biology may have useful homologies. However, little is known about pig pancreas development. To fill this knowledge gap, we investigated fetal and neonatal pig pancreas at multiple, crucial developmental stages using modern experimental approaches. Purification of islet β-, α- and δ-cells followed by transcriptome analysis (RNA-Seq) and immunohistology identified cell- and stage-specific regulation, and revealed that pig and human islet cells share characteristic features not observed in mice. Morphometric analysis also revealed endocrine cell allocation and architectural similarities between pig and human islets. Our analysis unveiled scores of signaling pathways linked to native islet β-cell functional maturation, including evidence of fetal α-cell GLP-1 production and signaling to β-cells. Thus, the findings and resources detailed here show how pig pancreatic islet studies complement other systems for understanding the developmental programs that generate functional islet cells, and that are relevant to human pancreatic diseases.Summary Statement This study reveals transcriptional, signaling and cellular programs governing pig pancreatic islet development, including striking similarities to human islet ontogeny, providing a novel resource for advancing human islet replacement strategies.

Human regulatory T cells (Treg) suppress other immune cells. Their dysfunction contributes to the pathophysiology of autoimmune diseases, including type 1 diabetes (T1D). Infusion of Tregs is being clinically evaluated as a novel way to prevent or treat T1D. Genetic modification of Tregs, most notably through the introduction of a chimeric antigen receptor (CAR) targeting Tregs to pancreatic islets, may improve their efficacy. We evaluated CAR targeting of human Tregs to monocytes, a human β cell line and human islet β cells in vitro . Targeting of HLA-A2-CAR (A2-CAR) bulk Tregs to HLA-A2 + cells resulted in dichotomous cytotoxic killing of human monocytes and islet β cells. In exploring subsets and mechanisms that may explain this pattern, we found that CD39 expression segregated CAR Treg cytotoxicity. CAR Tregs from individuals with more CD39 low/- Tregs and from individuals with genetic polymorphism associated with lower CD39 expression (rs10748643) had more cytotoxicity. Isolated CD39 − CAR Tregs had elevated granzyme B expression and cytotoxicity compared to the CD39 + CAR Treg subset. Genetic overexpression of CD39 in CD39 low CAR Tregs reduced their cytotoxicity. Importantly, β cells upregulated protein surface expression of PD-L1 and PD-L2 in response to A2-CAR Tregs. Blockade of PD-L1/PD-L2 increased β cell death in A2-CAR Treg co-cultures suggesting that the PD-1/PD-L1 pathway is important in protecting islet β cells in the setting of CAR immunotherapy. In summary, introduction of CAR can enhance biological differences in subsets of Tregs. CD39 + Tregs represent a safer choice for CAR Treg therapies targeting tissues for tolerance induction.

Abstract The physiological functions of many vital tissues and organs continue to mature after birth, but the genetic mechanisms governing this postnatal maturation remain an unsolved mystery. Human pancreatic β-cells produce and secrete insulin in response to physiological cues like glucose, and these hallmark functions improve in the years after birth. This coincides with expression of the transcription factors SIX2 and SIX3, whose functions in native human β-cells remain unknown. Here, we show that shRNA-mediated SIX2 or SIX3 suppression in human pancreatic adult islets impairs insulin secretion. However, transcriptome studies revealed that SIX2 and SIX3 regulate distinct targets. Loss of SIX2 markedly impaired expression of genes governing β-cell insulin processing and output, glucose sensing, and electrophysiology, while SIX3 loss led to inappropriate expression of genes normally expressed in fetal β-cells, adult a-cells and other non-β-cells. Chromatin accessibility studies identified genes directly regulated by SIX2. Moreover, β-cells from diabetic humans with impaired insulin secretion also had reduced SIX2 transcript levels. Revealing how SIX2 and SIX3 govern functional maturation and maintain developmental fate in native human β-cells should advance β-cell replacement and other therapeutic strategies for diabetes.