Cholinergic regulation of intracellular calcium dynamics in pancreatic beta cells from isolated mice islets

Abstract

La señalización por calcio (Ca2+) juega un papel crucial en la regulación de la secreción de insulina en las células beta pancreáticas. En este trabajo se investigó cómo la estimulación colinérgica con acetilcolina (ACh) modula la dinámica intracelular del Ca2+ en islotes pancreáticos enteros murinos bajo diferentes concentraciones de glucosa. El objetivo general es evaluar la influencia de la ACh en la concentración intracelular de Ca2+, específicamente investigando su relación entre los niveles de glucosa, el Ca2+ citosólico y el manejo del Ca2+ en el retículo endoplásmico (RE). Para conseguirlo, se midió la dinámica de Ca2+ en el RE usando el erGAP3, un sensor de Ca2+ genéticamente codificado, y la dinámica del citosol con el indicador sintético ratiométrico Fura-2AM. Imagen dual permitió un monitoreo simultaneo del Ca2+ citosólico y Ca2+ reticular en respuesta a ACh a través de una variedad de concentraciones de glucosa (0, 3, 5, 8, 16 mM). La ACh constantemente desencadenaba un rápido incremento en el Ca2+ citosólico en todas las condiciones. Por otro lado, la liberación de Ca2+ del RE inducida por ACh mostró un patrón dependiente de glucosa, con una liberación máxima en niveles intermedios de glucosa mientras que la respuesta disminuye a bajos y altos niveles de glucosa. A 16 mM de glucosa, se produjo una disminución en la liberación del RE a pesar de un aumento en los niveles basales de [Ca²⁺]C, lo que sugiere una inhibición del IP3R por Ca2+. En general, estos resultados muestran que la glucosa regula la señalización colinérgica por Ca2+ en las células beta, en donde, moderadas concentraciones de glucosa promueven la más óptima movilización de calcio del RE. Este mecanismo regulatorio puede ser crucial para mantener la función de la célula beta y la secreción de insulina bajo condiciones fisiológicas y patológicas.

Calcium (Ca2+) signaling plays a key role in the regulation of insulin secretion from pancreatic β-cells. This study investigated how cholinergic stimulation via acetylcholine (ACh) modulates intracellular Ca2+ dynamics in intact mouse pancreatic islets under different glucose concentrations. The general objective was to evaluate the influence of ACh on intracellular calcium concentration ([Ca²⁺]i) specifically investigating the relationship between glucose levels, cytosolic calcium ([Ca2+]C) and endoplasmic reticulum calcium ([Ca²⁺]ER) handling. To achieve this, ER Ca2+ dynamics were measured using the genetically encoded Ca2+ sensor erGAP3, while cytosolic Ca2+ was recorded with the ratiometric synthetic probe Fura-2AM. Dual imaging enabled simultaneous monitoring of [Ca2+]C and [Ca2+]ER in response to ACh across a range of glucose concentrations (0, 3, 5, 8, and 16 mM). ACh consistently triggered a rapid increase in [Ca²⁺]C across all conditions. In contrast, ER Ca2+ release induced by ACh exhibited a glucose-dependent pattern, with maximal release observed at intermediate glucose levels (3–8 mM) and reduced responses at both low and high glucose. Also, 16 mM glucose, diminished ER release occurred despite elevated basal [Ca²⁺]C, suggesting IP3R inhibition by Ca2+. Overall, these results show that glucose regulates cholinergic calcium signaling in β-cells, with moderate glucose concentrations promoting the best ER calcium mobilization. This regulatory mechanism may be critical for maintaining β-cell function and insulin secretion under physiological and pathological conditions.