Complex local crosstalk amongst endocrine cells within the islet ensures tight coordination of their endocrine output. This is illustrated by the recent demonstration that the negative feedback control by delta cells within pancreatic islets determines the homeostatic set-point for plasma glucose during mouse postnatal development. However, the close association of islet endocrine cells that facilitates paracrine crosstalk also complicates the distinction between effects mediated directly on beta cells from indirect effects mediated via local intermediates, such as somatostatin from delta cells.To resolve this problem, we generated reporter mice that allow collection of pure pancreatic delta cells along with alpha and beta cells from the same islets and generated comprehensive transcriptomes for each islet endocrine cell type. These transcriptomes afford an unparalleled view of the receptors expressed by delta, alpha and beta cells, and allow the prediction of which signal targets which endocrine cell type with great accuracy.From these transcriptomes, we discovered that the ghrelin receptor is expressed exclusively by delta cells within the islet, which was confirmed by fluorescent in situ hybridization and qPCR. Indeed, ghrelin increases intracellular calcium in delta cells in intact mouse islets, measured by GCaMP6 and robustly potentiates glucose-stimulated somatostatin secretion on mouse and human islets in both static and perfusion assays. In contrast, des-acyl-ghrelin at the same dose had no effect on somatostatin secretion and did not block the actions of ghrelin.These results offer a straightforward explanation for the well-known insulinostatic actions of ghrelin. Rather than engaging beta cells directly, ghrelin engages delta cells to promote local inhibitory feedback that attenuates insulin release. These findings illustrate the power of our approach to resolve some of the long-standing conundrums with regard to the rich feedback that occurs within the islet that is integral to islet physiology and therefore highly relevant to diabetes.

Insulin producing beta cell and glucagon producing alpha cells are colocalized in pancreatic islets in an arrangement that facilitates the coordinated release of the two principal hormones that regulate glucose homeostasis and prevent both hypoglycemia and diabetes. However, this intricate organization has also complicated the determination of the cellular source(s) of the expression of genes that are detected in the islet. This reflects a significant gap in our understanding of mouse islet physiology, which reduces the effectiveness by which mice model human islet disease.To overcome this challenge, we generated a bitransgenic reporter mouse that faithfully labels all beta and alpha cells in mouse islets to enable FACS-based purification and the generation of comprehensive transcriptomes of both populations. This facilitates systematic comparison across thousands of genes between the two major endocrine cell types of the islets of Langerhans whose principal hormones are of cardinal importance for glucose homeostasis. Our data leveraged against similar data for human beta cells reveal a core common beta cell transcriptome of 9900+ genes. Against the backdrop of overall similar beta cell transcriptomes, we describe marked differences in the repertoire of receptors and long non-coding RNAs between mouse and human beta cells.The comprehensive mouse alpha and beta cell transcriptomes complemented by the comparison of the global (dis)similarities between mouse and human beta cells represent invaluable resources to boost the accuracy by which rodent models offer guidance in finding cures for human diabetes.

Abstract High throughput sequencing has enabled the interrogation of the transcriptomic landscape of glucagon-secreting alpha cells, insulin-secreting beta cells, and somatostatin-secreting delta cells. These approaches have furthered our understanding of expression patterns that define healthy or diseased islet cell types and helped explicate some of the intricacies between major islet cell crosstalk and glucose regulation. All three endocrine cell types derive from a common pancreatic progenitor, yet alpha and beta cells have partially opposing functions, and delta cells modulate and control insulin and glucagon release. While gene signatures that define and maintain cellular identity have been widely explored, the underlying epigenetic components are incompletely characterized and understood. Chromatin accessibility and remodeling is a dynamic attribute that plays a critical role to determine and maintain cellular identity. Here, we compare and contrast the chromatin landscape between mouse alpha, beta, and delta cells using ATAC-Seq to evaluate the significant differences in chromatin accessibility. The similarities and differences in chromatin accessibility between these related islet endocrine cells help define their fate in support of their distinct functional roles. We identify patterns that suggest that both alpha and delta cells are poised, but repressed, from becoming beta-like. We also identify patterns in differentially enriched chromatin that have transcription factor motifs preferentially associated with different regions of the genome. Finally, we identify and visualize both novel and previously discovered common endocrine- and cell specific- enhancer regions across differentially enriched chromatin.