background image

R E S E A R C H A R T I C L E

Differential contributions of G protein- or arrestin
subtype-mediated signalling underlie urocortin 3-induced
somatostatin secretion in pancreatic

δ

cells

Kai-Yu Wang

1,2

|

Ming-Xin Gao

1

|

Hai-Bo Qi

1

|

Wen-tao An

3

|

Jing-Yu Lin

1

|

Shang-Lei Ning

4

|

Fan Yang

3

|

Peng Xiao

1,2

|

Jie Cheng

3

|

Wei Pan

1

|

Qiu-xia Cheng

1

|

Jin Wang

5

|

Le Fang

6

|

Jin-Peng Sun

2,3

|

Xiao Yu

1

1

Key Laboratory Experimental Teratology of the Ministry of Education and Department of Physiology, School of Basic Medical Sciences, Shandong University, Jinan,

China

2

Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Shandong University, Jinan, China

3

Advanced Medical Research Institute, Cheeloo College of Medicine, Shandong University, Jinan, China

4

Department of Hepatobiliary Surgery, General surgery, Qilu Hospital, Shandong University, Jinan, China

5

Department of Pharmacology, School of Basic Medical Sciences, Shandong University, Jinan, China

6

Department of Neurology, China-Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun, China

Correspondence

Xiao Yu, Key Laboratory Experimental

Teratology of the Ministry of Education and

Department of Physiology, School of Basic

Medical Sciences, Shandong University, Jinan,

Shandong 250012, China.

Email:

yuxiao@sdu.edu.cn

Jin-Peng Sun, Department of Biochemistry and

Molecular Biology, School of Basic Medical

Sciences, Shandong University, Jinan,

Shandong 250012, China.

Email:

sunjinpeng@sdu.edu.cn

Le Fang, Department of Neurology,

China-Japan Union Hospital of Jilin University,

126 Xiantai Street, Changchun 130000, China.

Email:

fangle@jlu.edu.cn

Jin Wang, Department of Pharmacology,

School of Basic Medical Sciences, Shandong

University, Jinan, Shandong 250012, China.

Email:

wangj@sdu.edu.cn

Shang-Lei Ning, Department of Hepatobiliary

Surgery, General surgery, Qilu Hospital,

Shandong University, Jinan, Shandong

250012, China.

Email:

shangleining@163.com

Abstract

Background and Purpose:

Pancreatic islets are modulated by cross-talk among differ-

ent cell types and paracrine signalling plays important roles in maintaining glucose

homeostasis. Urocortin 3 (UCN3) secreted by pancreatic

β

cells activates the CRF

2

receptor (CRF

2

R) and downstream pathways mediated by different G protein or

arrestin subtypes in

δ

cells to cause somatostatin (SST) secretion, and constitutes an

important feedback circuit for glucose homeostasis.

Experimental Approach:

Here, we used

Arrb1

/

,

Arrb2

/

,

Gs

fl/fl

and

Gq

fl/fl

knockout

mice, the G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

lentivirus, as well as functional assays and pharmacolog-

ical characterization to study how the coupling of G

s

, G

11

and

β

-arrestin1 to CRF

2

R

contributed to UCN3-induced SST secretion in pancreatic

δ

cells.

Key Results:

Our study showed that CRF

2

R coupled to a panel of G protein and

arrestin subtypes in response to UCN3 engagement. While RyR3 phosphorylation by

PKA at the S156, S2706 and S4697 sites may underlie the Gs-mediated UCN3-

CRF

2

R axis for SST secretion, the interaction of SYT1 with

β

-arrestin1 is also essen-

tial for efficient SST secretion downstream of CRF

2

R. The specific expression of the

transcription factor

Stat6

may contribute to G

11

expression in pancreatic

δ

cells. Fur-

thermore, we found that different UCN3 concentrations may have distinct effects on

Abbreviations:

Adcy8

, adenylate cyclase 8; BRET, bioluminescence resonance energy transfer; CHIP, chromatin immunoprecipitation; CREB, cyclic-AMP response element-binding protein; DAPI,

4

0

,6-diamidino-2-phenylindole; ERK, extracellular signal-regulated kinase; FITC, fluorescein isothiocyanate; Gck, glucokinase;

Klf4

, KLF transcription factor 4; LA, linoleic acid; MKI67, m

arker of

proliferation Ki-67

NLuc, nano-luciferase; NOD, non-obese diabetic; OA, oleic acid; OLFR109, olfactory receptor 109; pPKA, phospho-PKA; RFP, red fluorescent protein; Rluc, Renilla luciferase;

shRNA, short hairpin RNA; siRNA, small interfering RNA; SST, somatostatin; STZ, streptozocin;

Syt

, synaptotagmin; TCF3, transcription factor 3; YFP, yellow fluorescent protein.

Kai-Yu Wang, Ming-Xin Gao, Hai-Bo Qi, Wen-tao An, Jing-Yu Lin and Shang-Lei Ning, contributed equally to this work.

Received: 1 August 2023

Revised: 29 December 2023

Accepted: 5 February 2024

DOI: 10.1111/bph.16351

Br J Pharmacol.

2024;1

22.

wileyonlinelibrary.com/journal/bph

© 2024 British Pharmacological Society.

1

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

Funding information

National Science Fund for Distinguished Young

Scholars Grant, Grant/Award Numbers:

81825022, 82225011; Key Research Project

of the Natural Science Foundation of Beijing,

Grant/Award Number: Z200019; National

Natural Science Foundation of China,

Grant/Award Numbers: 31971195, 92057121,

32130055, 91939301, 82300890; Major

Fundamental Research Program of Natural

Science Foundation of Shandong Province,

China, Grant/Award Number: ZR2021ZD18;

China National Postdoctoral Program for

Innovative Talents, Grant/Award Number:

BX20230201; China Postdoctoral Science

Foundation, Grant/Award Number:

2023M742066; Natural Science Foundation of

Shandong Province, China, Grant/Award

Number: ZR2023MH196; National Key

Research and Development Program of China,

Grant/Award Number: 2019YFA0904200

glucose homeostasis, and these effects may depend on different CRF

2

R downstream

effectors.

Conclusions and Implications:

Collectively, our results provide a landscape view of

signalling mediated by different G protein or arrestin subtypes downstream of para-

crine UCN3- CRF

2

R signalling in pancreatic

β

-

δ

-cell circuits, which may facilitate the

understanding of fine-tuned glucose homeostasis networks.

K E Y W O R D S

CRF2 receptor

, pancreatic

δ

cell, signalling pathway, somatostatin secretion, UCN3

1

|

I N T R O D U C T I O N

Pancreatic islets consist of insulin-producing

β

cells, glucagon-

secreting

α

cells and somatostatin (SST)-secreting

δ

cells. Islets

maintain their homeostasis and adaptive ability via crosstalk among

different cell types within the islet, often designated the cell circuit.

Islet cell circuits function via crosstalk and paracrine signalling among

different islet cell types and play important roles in regulating islet

function and maintaining blood glucose levels (Borden et al.,

2013

;

Briant et al.,

2018

Du et al.,

2022

Li et al.,

2017

Malenczyk

et al.,

2015

Perry et al.,

2016

; Zhao et al.,

2022

; Zhou et al.,

2008

).

The important cell circuits for maintaining glucose homeostasis are

the

β

-

δ

cell loop and

β

-

α

cell loop (Li et al.,

2017

; Rodriguez-Diaz

et al.,

2011

van der Meulen et al.,

2015

). Besides the

β

-

δ

cell loop

and

β

-

α

cell loop, many other cell

cell loops, such as macrophage-

β

cell loop in mouse diabetes models, play important roles in maintain-

ing glucose homeostasis (Golden & Simmons,

2021

Ying et al.,

2020

).

For instance, the insulin peptide fragment, insB:9-23, promoted islet-

resident macrophage proliferation via an OLFR109 dependent

β

cell-

macrophage circuit and a

β

-arrestin1-mediated

CCL2

pathway (Cheng

et al.,

2022

). The islet amyloid polypeptide (IAPP), which is secreted

by islet

β

cell, stimulates islet-resident macrophages to produce

IL-1

β

and inhibits glucose-stimulated insulin secretion (Arnush et al.,

1998

;

Masters et al.,

2010

). These studies indicated the importance of com-

munication circuits among different cell types within islets in main-

taining glucose homeostasis. Not only protein or peptides, but fatty

acids also participate in signalling circuits within islets. For example,

our recent study found that biased endogenous lipid-GPR120 signal-

ling modulates pancreatic glucose homeostasis to different extents,

and the structures of GPR120 with the two endogenous ligands oleic

acid (OA) and linoleic acid (LA) provided important mechanisms of the

biased signalling of GPR120 at the atomic resolution level (Du

et al.,

2022

Mao et al.,

2023

). Notably,

UCN3

secreted by pancreatic

β

cells is to induce somatostatin secretion from pancreatic

δ

cells via

the activation of the

CRF

2

receptor

, a 7TM receptor (this signal axis

can be abbreviated as UCN3-CRF

2

receptor-SST). Importantly, the

essential role of the normal UCN3-CRF

2

receptor-SST signalling axis

in maintaining glucose homeostasis and diabetes prevention has been

recently revealed (Li et al.,

2017

; van der Meulen et al.,

2015

).

UCN3

(urocortin 3) is a peptide hormone that is abundantly dis-

tributed in the central nervous system (e.g., hypothalamus) and

peripheral tissues, highly expressed in the digestive tract, liver,

What is already known?

Islet cell circuits function via crosstalk and paracrine sig-

nalling to regulate blood glucose levels.

UCN3 secreted by pancreatic

β

cells induces somato-

statin secretion via activation of CRF

2

receptors.

What does this study add?

Coupling of Gs, G

11

and

β

-arrestin1 to CRF

2

receptors all

contribute to UCN3-induced SST secretion.

Different UCN3 levels have distinct effects on glucose

homeostasis,

depending

on

different

downstream

effectors.

What is the clinical significance?

Our findings provide a signal transduction mechanism to

target CRF

2

receptors in diabetes.

2

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

pancreas and gonads, and expressed specifically by

β

cells in both

mouse and human islets. The widespread expression of UCN3 in

different tissues of animals suggests that UCN3 may be involved in

a variety of physiological functions, such as the contraction/

relaxation of myometrial cells and metabolic regulation (Blank

et al.,

2003

; Harlé et al.,

2018

; Jamieson et al.,

2011

; Karteris

et al.,

2004

Xiong et al.,

2014

) (Figure

S1

). The presence of both

UCN3 and its receptor in pancreatic islets suggests that UCN3 may

be a local factor regulating islet function, such as hormone secre-

tion. There is evidence that UCN3 is co-secreted with insulin upon

glucose sensing and promotes somatostatin secretion from

δ

cells

(Li et al.,

2007

Li et al.,

2017

; van der Meulen et al.,

2015

).

Although UCN3-CRF

2

receptor-SST is the central axis in the

β

-

δ

cell

loop in pancreatic islets and plays essential roles in maintaining glu-

cose

homeostasis,

two

important

questions

have

not

been

addressed: (1) since the CRF

2

receptor is known to activate multiple

G

protein

subtypes

and

arrestins

(Ma

et

al.,

2020

;

Zhao

et al.,

2022

), how does the signalling mediated by these different

effectors (G protein or arrestin subtypes) contribute to the paracrine

signalling of the

β

-

δ

cell loop and UCN3-induced SST secretion via

the activation of the CRF

2

receptor? (2) Since UCN3 is present at

different concentrations under physiological or pathological condi-

tions, whether different UCN3 concentrations have distinct effects

on glucose homeostasis? These questions are interesting because

the elucidation of functional outcomes and mechanistic details of

biased signalling downstream of a particular GPCR may have thera-

peutic values for disease treatment and help us to understand the

complexity of intrcellular events of a specific physiological process.

We speculated that not only particular ligands, but also certain

endogenous ligands of a particular GPCR, such as UCN3, may be

able to activate multiple G protein subtypes (Gs, G

11

) and

β

-arrestin1, with potentially different EC50 and Emax values. This

knowledge could be helpful for our understanding of the paracrine

network between the pancreatic

δ

cells and

β

cells.

2

|

M E T H O D S

2.1

|

Animals

Sst-Cre

+

/

mice (stock number 013044) with a C57BL/6 background

were obtained from the Jackson Laboratory (Bal Harbor, USA) and

were used in our previous studies (Du et al.,

2022

Li et al.,

2017

).

Gs

fl/fl

,

Gq

fl/fl

,

Arrb1

/

and

Arrb2

/

mice on a C57BL/6 background

were obtained from Dr R.J. Lefkowitz (Duke University, Durham, NC,

USA) and G. Pei (Tongji University, Shanghai, China) and maintained

and crossed as described previously (Du et al.,

2022

Liu et al.,

2017

).

The

Rosa

lsl-RFP

mice were generated by introducing loxP-STOP-loxP

and TdTomato fragments at the Rosa26 locus. The STOP sequence

between two loxp sites could be cut by Cre recombinase to initiate

the expression of RFP. We crossed

Rosa

lsl-RFP

mice with

Sst-Cre

mice

and then generated

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice.

Rosa

lsl-RFP

mice were

obtained from Tian Xue (Do et al.,

2009

; Li et al.,

2017

). Non-obese

diabetic/LtJ (NOD) mice (Stock No.13008A) were purchased from

Beijing HFK Bioscience. All animal care and experiments were

reviewed and approved by the Animal Use Committee of Shandong

University Cheeloo College of Medicine. Animal studies are reported

in compliance with the ARRIVE guidelines (Percie du Sert et al.,

2020

)

and with the recommendations made by the

British Journal of Pharma-

cology

(Lilley et al.,

2020

).

2.2

|

Diabetic mouse model induced by low dose

streptozocin (STZ)

A diabetic mouse model was induced by low dose STZ according to

our previously described method (Cheng et al.,

2022

; Du et al.,

2022

).

STZ mice model were obtained by intraperitoneal injection of strepto-

zocin (20 mg

kg

1

day

1

) (STZ Solarbio Cat. S8050, Beijing, China) for

5 days. After modeling for 5 days, it is preferable to test the fasting

blood glucose level immediately (or no more than 72 h) to confirm

that it is greater than 15 mmol

L

1

, indicating a successful modeling.

2.3

|

RNA extraction and quantitative reverse-

transcriptase PCR

RNA extraction and Quantitative reverse-transcriptase PCR (qRT-

PCR) were performed according to our previously described method

(Cheng et al.,

2022

Du et al.,

2022

; Li et al.,

2017

). Mice were killed

by cervical dislocation. Total RNA was extracted from the pancreatic

islets and primary islet

δ

cells derived from

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

, Sst-

Cre

+

/

Gq

fl/fl

, Arrb1

/

,

Arrb2

/

and wild-type mice by using TRIzol

reagent (Invitrogen, Carlsbad, USA). cDNA underwent reversed tran-

scription with the qRT-PCR Kit (Toyobo, FSQ-101, Osaka, Japan).

qRT-PCR was performed by FastStart SYBR Green Master (Roche,

Basel, Switzerland) on a LightCycler qPCR system (Bio-Rad, Hercules,

USA) to examine the mRNA expression of G proteins (

Gs, Gq, G

11

, Go,

Gi1, Gi2, Gi3, G12, G13, G15, Gt1, Gt2

and

GZ

);

β

-arrestins (

β

-arrestin1

and

β

-arrestin2)

; transcription factors (

Arnt, Foxa2, Foxo1, Foxo3, Klf4,

Nfatc2, Stat6, Tcfl2

and

Tcf3

); synaptotagmin protein subtypes (

Syt1,

Syt2, Syt4, Syt5, Syt7, Syt9, Syt11, Syt13, Syt14, Syt15, Syt16

and

Syt17

);

β

cell markers (

Nkx6.1, Pdx1, Foxo1, Glut2, Chrm3, Glp1r, Gck,

Kcnj11

and

Adcy8

); proliferation and cell cycle markers (

Ccnd1, Ccnd2,

Cdk2

and

Mki67

);

Crhr2

;

Insulin

or

Sst

. The relative mRNA level of a

target gene was calculated using 2

ΔΔ

Ct

method. All data were from

three independent experiments.

2.4

|

Immunofluorescence staining and confocal

microscopy

Mice were killed by cervical dislocation. The method of islet isolation

was as described previously (Cheng et al.,

2022

). Pancreatic islets iso-

lated

from

wild-type

mice

infected

with

lentivirus

encoding

mir30-shRNA (G

11

)

fl/fl

-GFP (G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

) or control virus

WANG

ET AL

.

3

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

(control-shRNA-GFP

fl/fl

) were stimulated with 10-nM UCN3, 100-nM

UCN3 or vehicle for 72 h. The immunofluorescence staining or confo-

cal microscopy were carried out using an LSM880 laser scanning con-

focal microscope system (ZEISS, Germany) according to our previous

descriptions (Cheng et al.,

2022

Du et al.,

2022

; Li et al.,

2017

). Pan-

creatic islet sections were incubated in 4

C and blocking buffers for

90 min and incubated overnight at 4

C with Somatostatin Polyclonal

Antibody (Thermo Fisher Scientific Cat# PA5-97200,

RRID:AB_

2809002

, 1:200, Waltham, USA), GFP (B-2) (Santa Cruz Biotechnol-

ogy Cat # sc-9996,

RRID:AB_627695

, 1:200, Dallas, USA), or Insulin

Monoclonal Antibody (ICBTACLS), Alexa Fluor

488, eBioscience

(Thermo Fisher Scientific Cat# 53-9769-82 [also 53-9769],

RRID:AB_

2574469

, 1:200), anti-Ki67 antibody (Abcam Cat# ab15580,

RRID:

AB_443209

1:200, Cambridge, UK) primary antibodies. After rinsing

with PBS for 3 times, the corresponding secondary antibodies

(Donkey anti-Mouse IgG (H

+

L) Highly Cross-Adsorbed Secondary

Antibody, Alexa Fluor

568, Thermo Fisher Scientific Cat# A10037,

RRID:AB_11180865

1:200; Donkey anti-Mouse IgG (H

+

L) Highly

Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor

488, Thermo

Fisher Scientific Cat# A-21202,

RRID:AB_141607

1:200; Donkey

anti-Rabbit IgG (H

+

L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody,

Alexa Fluor

568, Thermo Fisher Scientific Cat#A10042,

RRID:AB_

2534017

, 1:200; Donkey anti-Rabbit IgG (H

+

L) Highly Cross-

Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor

488, Thermo Fisher Sci-

entific Cat# A-21206 (also A21206),

RRID:AB_2535792

1:200) were

incubated with pancreatic islet sections at room temperature for 2 h

after washing with PBS 3 times, and sections were stained with 4

0

, 6

0

-

diamino-2-phenylindoles.

To study the colocalization of the CRF

2

receptor and

β

-arrestin1

or

β

-arrestin1 and SYT1, pancreatic TGP52 cells (islet

δ

cell lines,

ATCC Cat# CRL-1573,

RRID:CVCL_0045

overexpressing CRF

2

receptor-YFP and

β

-arrestin1-RFP or SYT1-YFP and

β

-arrestin1-RFP

were cultured in 35 mm fibronectin coated glass bottom dishes at a

density of 5 x 10

5

cells per disk 24 h after transfection. After another

24 h,

TGP52

cells

overexpressing

CRF

2

receptor-YFP

and

β

-arrestin1-RFP or SYT1-YFP and

β

-arrestin1-RFP were treated with

UCN3 for 0, 5 and 20 min, respectively. Then, the cells were fixed,

stained with 4

0

, 6

0

-diamino-2-phenylindole and analysed by fluores-

cence microscopy.

The Immuno-related procedures used comply with the recom-

mendations made by the

British Journal of Pharmacology

(Alexander

et al.,

2018

).

2.5

|

In vitro mouse islet culture

Mouse

pancreatic

islets

were

isolated

from

WT,

Sst-Cre

+

/

,

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

, Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

, Arrb1

/

,

Arrb2

/

mice, STZ mice

(generated as described above) or non-obese diabetic (NOD) mice and

cultured as previously described (Cheng et al.,

2022

Du et al.,

2022

;

Lin et al.,

2020

). The islets were collected with the help of a stereo-

scopic microscope and cultured in DMEM medium supplemented with

5.56-mM glucose (Biological Industries, Kibbutz Beit Haemek, Israel),

10% FBS (Gibco, New York, USA) and 0.1% penicillin/streptomycin

(Biological Industries).

2.6

|

Pancreatic islet

δ

cells isolation

For the quantification of primary pancreatic islet

δ

cells, we isolated

islets from

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice or

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice

pretreated with streptozocin, then dispersed into single cell suspen-

sions

by

incubation

with

0.6-U

mL

1

Dispase

II

(Roche

#

04942078001)

according

to

our

previous

description

(Cheng

et al.,

2022

), then the islet single cells were washed and flow cyto-

metric analyses were performed on a cytoflex (Beckman Coulter, Brea,

USA). To isolate the primary islet

δ

cells, we use the

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-

RFP

mice or

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice pretreated with streptozotocin,

the RFP

+

population was isolated from the islet signal cell suspension

by flow cytometry (Beckman Coulter). The isolated RFP

+

cells were

subjected to qRT-PCR analysis.

2.7

|

Constructs of CRF2 receptor and RyR3

Mouse

Crhr2

,

Arrb1

and G protein subunits (G

α

s-RLuc8, G

α

q-RLuc8,

G

α

11-RLuc8, G

β

3 and G

γ

9-GFP2) genes were subcloned into the

pcDNA3.1 expression vectors. CRF

2

receptor-YFP,

β

-arrestin1-RFP,

SYT1-YFP, CRF

2

receptor-G

α

11 and CRF

2

receptor-G

α

q were created

by fusion or insertion of different sequences to constructs according

to our previous descriptions (Xiao et al.,

2021

; Xiao et al.,

2022

). The

segment Ryr3-2616-2820, the segment Ryr3-1-543 and the segment

Ryr3-4592-4868 were cloned into the pcDNA3.1 expression vectors

for phosphorylation examination. All of the constructs and mutations

were verified by DNA sequencing.

2.8

|

Lentivirus infection

The isolated pancreatic islets from

Sst-Cre

+

/

mice were administered

with G11-shRNA-GFP

fl/fl

lentivirus (OBiO) for at least 48 h followed

by continued culture for 3

5 days until fluorescence could be

observed under a fluorescence inverted microscope (ZEISS) to ensure

sufficient infection according to our previous described methods (Du

et al.,

2022

). After infection, islets were prepared for further experi-

ments including SST secretion assay, insulin secretion assay, and qRT-

PCR.

2.9

|

Glucose-stimulated insulin secretion

The Glucose-stimulated Insulin Secretion (GSIS) methodology is simi-

lar to the description we have published before (Cheng et al.,

2022

;

Du et al.,

2022

; Lin et al.,

2020

). The cultured mice islets were prein-

cubated with 1- or 20-mM glucose, then treated with 10 nM or

100 nM UCN3.

Sst-Cre

+

/

mouse islets were infected with lentivirus

4

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

encoding G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

or control lentivirus, isolated then pre-

treated with different concentrations of UCN3 or control vehicle for

72 h before GSIS measurement. The supernatant was collected

30 min after stimulation. Insulin levels were measured using the

rat/mouse insulin enzyme-linked immunosorbent Assay kit (Millipore,

EZRMI-13 K) according to the method provided by the manufacturer.

Insulin secretion data were normalized to insulin content or expressed

as an insulin stimulation index.

2.10

|

Somatostatin (SST) secretion

Somatostatin secretion was measured according to previously

reported methods (Du et al.,

2020

Li et al.,

2017

Lin et al.,

2020

).

Pancreatic islets were isolated from wild-type (WT), Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

,

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

, Arrb1

/

or Arrb2

/

mice or islets isolated from

wild-type mice infected with G11-shRNA-GFP

fl/fl

or control virus for

at least 48 h cultured in low glucose DMEM media. Diameters of the

islets varied: approximately 80% of islets were between 50 and 150

μ

m, approximately 20% of islets were between 150 and 250

μ

m, and

very few islets had diameters less than 50

μ

m or more than 250

μ

m.

Moreover, results indicated that the secretion lever of SST induced by

UCN3 was proportional to the diameter of the islet, and the larger the

diameter of the islet, the higher the level of SST secretion induced by

UCN3 in a more accurate manner, we examined the SST secretion

with islets (diameter: 50

150

μ

m) isolated from WT, Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

,

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

, Arrb1

/

or Arrb2

/

mice in response to UCN3

stimulation. Islets were stimulated with UCN3(0, 1, 10 or 100 nM),

pretreated with Astressin 2B (A2B) (100 nM). Rp-cAMPS (50

μ

M),

H89 (500 nM), following the manufacturer's instruction. For SST con-

tent measurement, the islets were lysed with 50

μ

l cold acid ethanol

solution as previously described (Cheng et al.,

2022

; Du et al.,

2020

;

Li et al.,

2017

). After overnight incubation at 4

C, the supernatants

were collected by 12,000 rpm centrifugation and were neutralized by

1 M Tris (pH 7.5). The SST levels were measured with the ELISA kits

(Phoenix Pharmaceuticals, #EK-060-03, Burlingame, USA) following

the manufacturer's instructions.

2.11

|

RNA interference (RNAi)

TGP52 cells were transfected with siRNAs to knock down targeted

genes (including

Gnas, Gnaq, Gna11, Arrb1, Arrb2, Ryr1, Ryr2, Ryr3,

Stat6, Foxo3, Tcf3, Syt1, Syt2, Syt7, Syt9, Syt13, Syt14, Syt15

and

Syt16

). In order to achieve a better knock down effect, we first

compare three designed siRNAs, picking out the one with the

best efficiency in cell line knock-down. Then, we performed the

siRNA transfection twice, with the second RNAi transfection 24 h

after the first transfection. This optimized protocol enabled knocking

down targeted genes (including

Gnas, Gnaq, Gna11, Arrb1, Arrb2,

Ryr1, Ryr2, Ryr3, Stat6, Foxo3, Tcf3, Syt1, Syt2, Syt7, Syt9, Syt13,

Syt14, Syt15

and

Syt16

) achieves at relatively high efficiency com-

pared with siRNA transfection only once. After transfection, cells

were prepared for SST secretion detection in response to different

ligands or drugs.

2.12

|

G

α

-G

γ

dissociation assay

BRET assays were performed using a G-protein dissociation system as

previously described by our laboratory (Cheng et al.,

2022

Mao

et al.,

2023

Yang et al.,

2020

). G

11

(G

α

11

-RLuc8, G

β

3, and G

γ

9-GFP2)

and G

q

(G

α

q

-RLuc8, G

β

3, G

γ

9-GFP2) BRET assays were also per-

formed as previously described (Mao et al.,

2023

). The experimental

plasmids were co-transfected into HEK293 cells (ATCC Cat# CRL-

1573,

RRID:CVCL_0045

Rockefeller, USA) with the CRF

2

receptor,

G

α

-RLuc8, G

β

3, and G

γ

9-GFP2. Forty-eight hours after transfection,

the cells were digested with 0.25% trypsin, washed three times, stimu-

lated with UCN3 at the indicated concentrations (10

11

10

5

M). The

BRET signal was measured after the addition of the luciferase sub-

strate coelenterazine 400a (5

μ

M) using a Mithras LB940 microplate

reader (Berthold Technologies, Vilvoorde, Belgium) equipped with

BRET filter sets and calculated as the ratio of light emission at

510/400 nm according to our previous description (Xiao et al.,

2021

;

Yang et al.,

2021

).

2.13

|

β

-arrestin1 recruitment assay

BRET assays were performed using the

β

-arrestin1 recruitment sys-

tem previously described by our laboratory (Cheng et al.,

2022

). The

plasmid CRF

2

receptor-YFP and

β

-arrestin1-Rluc or CRF

2

receptor,

β

-arrestin1-Rluc and Synaptotagmin1-YFP were co-transfected into

HEK293 cells. Twenty-four hours after transfection, the medium was

changed again to DMEM complete medium and incubated for 24 h at

37

C in a 5% CO

2

humidified cell incubator. Different concentrations

of UCN3 were configured using PBS buffer. The medium was dis-

carded, washed once with PBS buffer, and the cells were digested

with 0.25% trypsin and terminated with DMEM complete medium.

The cells were centrifuged at 1000 rpm for 3 min at room tempera-

ture, the supernatant was discarded and the cells were resuspended

using PBS, and the cells were washed twice by further centrifugation.

The cells resuspended in 80-

μ

L PBS were added to the 96-well cell

culture plate, and then 10-

μ

L ligand was added to the incubator at

37

C for 10 min. After the reaction was terminated on ice, 10-

μ

L sub-

strate was added. Signals from excitation light at 480 nm and emission

light at 530 nm were immediately detected using a MithrasLB940

microplate

reader

(BertholdTechnologies).

The

BRET

signal

was calculated as the ratio of light emission at 530/480 nm (Yang

et al.,

2021

).

2.14

|

Glosensor-cAMP assay

Synergy measurements were performed using the GloSensor system,

previously described by our laboratory and others (Cheng et al.,

2022

).

WANG

ET AL

.

5

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

GloSensor and CRF

2

receptor plasmids were co-transfected into

HEK293 cells at a ratio of 1: 2.5. Twenty-four hours after transfection,

transfected HEK293 cells were seeded into 96-well cell culture plates

and incubated for 24 h. The transfected cells were pre-incubated with

50

μ

L of DMEM medium containing GloSensor cAMP reagent

(Promega) at 37

C for 2 h. UCN3 at different concentrations as speci-

fied in the text or figure legends was configured using HEPES buffer.

Luminescence per well per second (LCPS) was read on a multimode

microplate detector (PerkinElmer EnVision). The data were analysed

using the Sigmoid dose

response function in GraphPadPrism7.0.

2.15

|

Co-immunoprecipitation

TGP52 cells after starvation were stimulated with 100 nM UCN3 for

different times (0, 2, 5, 10 and 30 min) and prepared for detecting of

RyR3 or pPKA. HEK293 cells after starvation were stimulated with

100 nM UCN3 to the CRF

2

receptor,

β

-arrestin1 or SYT1. TGP52 cells

were lysed with Lysis buffer (with protease inhibitors) on ice for

30 min. The supernatants were prepared by centrifugation. The 2

μ

g

anti-ryanodine receptor3 Antibody (

RyR3

(Alomone Labs Cat# ARR-

003,

RRID:AB_2040186

was added to each group, and the mixture

was vertical mixed at 4

C for 6 h. Then 20-

μ

L ProteinA/G beads was

vertical mixed at 4

C for 2

4 h. Beads and binding proteins were

washed with cold buffer to exclude interference from non-specific

binding proteins. After adding loading buffer, the specimens were

denatured at 37

C for 30 min and subsequently subjected to western

blot analysis using specific antibodies against RyR3 and pPKA

(Phospho-(Ser/Thr) PKA Substrate Antibody, Cell Signaling Technol-

ogy Cat# 9621 (also 9621S, 9621L),

RRID:AB_330304

).

HEK293 cells were transiently transfected with plasmids encod-

ing HA-

β

-arrestin1 and the CRF

2

receptor or plasmids encoding MYC-

SYT1. After 48 h, the cells were stimulated with 100 nM UCN3 or

vehicle for 10 min, use same methods previously described by our lab-

oratory to deal (Cheng et al.,

2022

) and subsequently subjected to

western blot analysis using specific antibodies against the CRF

2

recep-

tor Polyclonal Antibody (Thermo Fisher Scientific Cat# PA5-23129,

RRID:AB_2540656

),

β

-arrestin1 Monoclonal Antibody (

β

-arrestin1)

(Thermo Fisher Scientific Cat# 39-5000

RRID:AB_2533416

) and

Synaptotagmin-1 (D33B7) Rabbit mAb (MYC-SYT1) (Cell Signaling

Technology Cat# 14558,

RRID:AB_2798510

).

2.16

|

Western blotting

Western blotting were performed according to previously described

methods (Cheng et al.,

2022

; Du et al.,

2022

Li et al.,

2017

). We

examined G

11

protein levels in TGP52 cells transfected with sicontrol,

siFoxo3, siStat6 and siTcf3, 48 h after transfection, the cells were

washed twice with cold PBS, then lysated the cells and use antibodies

against G

11

protein (G alpha 11 Antibody [D-6], Santa Cruz Biotech-

nology Cat# sc-390382,

RRID:AB_2715558

to characterize the

respective G11 protein levels.

For examination of phosphorylated protein level detected by

PKA-specific substrate phosphorylation antibody, the plasmid encod-

ing the CRF

2

receptor was co-transfected into HEK293 cells with the

RyR3 fragments, and experiments were performed 48 h after trans-

fection. Cells were starved using serum-free DMEM medium for 8 h

and then starved with PBS buffer for 1

2 h, then PKA-specific sub-

strate phosphorylation antibody was used for examination.

The TGP52 cells were stimulated with 100-nM UCN3 for differ-

ent times (0, 2, 5, 10 and 30 min) and terminated on ice. The cells

were lysed with lysis buffer (with protease inhibitors) on ice for

30 min, then centrifuged to remove the supernatant. The 15-

μ

L Flag

Beads was added and mixed vertically at 4

C for 6 h. The Beads and

binding proteins were washed with cold buffer to exclude interfer-

ence from non-specific binding proteins. After adding loading buffer,

the cells were denatured at 100

C for 10 min and subsequently sub-

jected to western blot.

2.17

|

Chromatin immunoprecipitation (ChIP)

ChIP experiments were performed using methods previously described

(Li et al.,

2017

). Cultured TGP52 cells were aspirated to discard the

medium and washed three times with PBS buffer. Cross-linking was

performed with 1% formaldehyde for 15 min at room temperature.

Cells were washed three times with cold PBS buffer and scraped, and

then centrifuged (12,000 rpm, 4

C, 20 min) to remove cell precipitates.

The cells were sonicated and centrifuged (12,000 rpm, 4

C, 20 min) and

the supernatant was retained and then incubated with 2

μ

g STAT6 anti-

body overnight. Protein A/G Beads were added and mixed vertically at

4

C for 2

4 h. The complexes were washed with low and high salt

buffers. To profile the binding patterns of transcription factor STAT6 in

the gene region of G

11

, we design different primers based on the DNA

region 1999-1714, 1737-1476, 1476-1214, 1219-843, 849-633,

654-345, 365-11 downstream of the transcription initiation sites of the

G

11

and DNA was extracted and precipitated for subsequent RT-PCR

and other assays.

2.18

|

BRET-based ligand binding assay

BRET-based ligand binding assay for the N-terminal NanoLuc (NLuc)-

tagged CRF

2

receptor and C-terminal FITC-conjugated UCN3 was

performed as previously described (Cheng et al.,

2022

Strachan

et al.,

2014

Yang et al.,

2020

). Briefly, HEK293 cells were transiently

transfected with NLuc-CRF

2

receptor. For saturation binding, the cells

were treated with increasing concentrations of UCN3

FITC in the

presence or absence of 3

μ

M unlabeled UCN3. For competitive bind-

ing, the cells were transfected with CRF

2

receptor-G

α

11 or CRF

2

receptor-G

α

q and treated with increasing concentrations of UCN3

FITC. Luciferase substrate coelenterazine-h (5 mM) was added before

light emissions were recorded using a Mithras LB940 microplate

reader (Berthold Technologies). The BRET signal was determined by

calculating the ratio of luminescence at 530 nm/460 nm. After fitting

6

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

the competition binding curves, the Ki of the UCN3 on the CRF

2

receptor or CRF

2

receptor-G

α

complex were calculated by using the

Cheng-Prusoff equation:

Ki

¼

IC50

1

þ

L

½ 

Kd

where [L] is the UCN3-FITC concentration (nanomolar), IC50 is the

median inhibitory concentration, and Kd is the dissociation constant

of UCN3-FITC generated from the saturation binding experiment. K

Lo

indicated the binding of the ligand to the receptor alone, K

Hi

resem-

bles the binding of the UCN3 to the CRF

2

receptor-Gq or CRF

2

receptor-G

11

complexes.

2.19

|

Data and statistical analysis

Data are presented as mean ± SEM, and two or more groups were

compared by Student's

t

-test or one-way ANOVA by using GraphPad

Prism. In all animal experiments, statistical analyses were conducted

on datasets with a minimum group size of n

5, while in all cell exper-

iments, statistical analyses were performed on datasets with a mini-

mum group size of n

6. A significance level of

P

< 0.05 was

considered statistically significant for all analyses. Post-hoc tests were

run only if F achieved P<0.05 and there was no significant variance

inhomogeneity. Data and statistical analyses were conducted in accor-

dance with the recommendations of the

British Journal of Pharmacol-

ogy

on experimental design and analysis in pharmacology (Curtis

et al.,

2022

). All western blotting experiments conform to the guide-

lines of the

British Journal of Pharmacology

.

2.20

|

Nomenclature of targets and ligands

Key protein targets and ligands in this article are hyperlinked to corre-

sponding entries in the IUPHAR/BPS Guide to PHARMACOLOGY

http://www.guidetopharmacology.org

and are permanently archived

in the Concise Guide to PHARMACOLOGY 2023/23 (Alexander,

Christopoulos et al.,

2023

; Alexander, Fabbro et al.,

2023

Alexander,

Kelly et al.,

2023

; Alexander, Mathie et al.,

2023

).

3

|

R E S U L T S

3.1

|

Specific G protein and Arrestin subtypes

contribute to the secretion of somatostatin (SST)
induced by 100 nM UCN3

Accompanied by insulin, UCN3 is synthesized by

β

cells within pan-

creatic islets, packaged in vesicles and released in response to high

glucose or other physiological/pathological stimulation to promote

somatostatin secretion from

δ

cells (Li et al.,

2007

;Li et al.,

2017

; van

der Meulen et al.,

2015

). It has been reported that the secretion of

UCN3 from cultured

β

cells is stimulated by high glucose, forskolin

and insulin secretagogues, such as GLP-1, carbachol (a cholinergic

agonist) and KCL. Previous study indicated that the UCN3 concentra-

tion in wild-type mouse plasma is approximately 2.5

5 nM (Flaherty

et al.,

2023

). We then measured the concentration of UCN3 in mouse

plasma by Elisa assay, and the concentration is determined as 2.07

± 0.09 nM (Figure

S2a

). Importantly, UCN3 secreted by pancreatic

β

cells could signal to islet

δ

cells in a paracrine manner through the acti-

vation of CRF

2

receptors, a class B GPCR (Li et al.,

2017

van der

Meulen et al.,

2015

). Engagement of the CRF

2

receptor by UCN3 has

been reported to activate multiple G protein and arrestin subtypes

(Zhao et al.,

2022

), which include but are not limited to Gs, Gq,

β

-arrestin1 or

β

-arrestin2, to elicit distinct downstream functions. To

understand how the activation of CRF

2

receptors leads to intracellular

signal changes and functional outcomes of somatostatin-producing

pancreatic

δ

cells, we profiled the expression levels of different G pro-

tein and arrestin subtypes in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

-labelled pancreatic

islet somatostatin-producing pancreatic

δ

cells. The results indicated

that

Arrb1

,

Arrb2

,

Gq

,

G

ɑ

i2

,

G

ɑ

i3

,

G

ɑ

12

and

G

ɑ

13

have similar expres-

sion levels in

δ

cells and brain tissue and that

Gs

,

G

11

,

Sst

and

Crhr2

are more highly expressed in

δ

cells than in brain tissue. In contrast,

the other three tested G protein subtypes had lower expression levels

in

δ

cells than in brain tissue. We used brain tissue as a control

because brain expressed abundant GPCRs and G proteins (Zhang

et al.,

2018

) (Figure

S2b,c

).

We then investigated the expression changes in these G protein

or arrestin subtypes in response to physiological stimulation and

under different pathological conditions using mouse models. In

response to 100 nM UCN3 (an excessive concentration of UCN3

in our study) stimulation, the mRNA levels of

G

α

s

,

G

α

q

,

G

α

11

,

G

α

i1

,

G

α

i2

,

G

α

13

,

Arrb1

and

Arrb2

in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

labelled pancre-

atic

δ

cells increased (Figure

1a

). In contrast, the mRNA levels of

G

α

s

,

G

α

q

,

G

α

11

,

G

α

o

,

Arrb1

and

Arrb2

in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

labelled cells

decreased in diabetic models of NOD mice or multiple low-dose

streptozocin (MLD-STZ)-treated mice. We also found that STZ mice

and NOD mice showed poor response to UCN3 stimulation of SST

secretion compared with that in WT mice (Figure

S2d,e

), which may

be related to the decreased mRNA level of

Gs, Gq/

11

and

Arrb1/2

in

STZ mice or NOD mice compared with WT mice (Figure

1b,c

). These

results suggested that the G protein/arrestin-biased signalling system

was greatly disturbed by both long-term UCN3 treatment and in dia-

betic models (Figure

1a

c

).

We next investigated how different G protein- or arrestin-

mediated CRF

2

receptor signalling pathways contributed to SST

secretion in response to 100 nM UCN3 stimulation. Importantly, the

diameter of the islets varies: approximately 80% islets were between

50

150

μ

m, approximately 20% islets were between 150 and

250

μ

m, and very few islets had diameters less than 50

μ

m or more

than 250

μ

m (Figure

S2f

). Moreover, our data indicated that the

secretion level of SST induced by UCN3 was proportional to the diam-

eter of the islet, and the larger the diameter of the islet, the higher the

level of SST secreted by the islet stimulated by UCN3 (Figure

S2g

).

Importantly, 100-nM Astressin 2B (A2B), a specific antagonist of the

WANG

ET AL

.

7

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

CRF

2

receptor, specifically blocked 100-nM UCN3-stimulated SST

secretion, indicating an essential role of the CRF

2

receptor in

UCN3-induced SST secretion. Whereas the 100-nM UCN3 induced

SST secretion in pancreatic islets derived from the

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

mice showed no significant difference compared with those of their

wild-type littermates, the specific deletion of Gs in the pancreatic

δ

cells by

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice significantly decreased SST secretion

(Figure

1d,e

). Using mouse pancreatic islets derived from

Sst-Cre

+

/

or

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice and infected with G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

lenti-

virus in vitro, we were able to specifically knock down G

11

expression

in mouse pancreatic

δ

cells, which suggested that G

11

signalling con-

tributed to 100-nM UCN3-induced SST secretion (Figures

1f

h

and

F I G U R E 1

Legend on next page.

8

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

S2h,i

). Moreover, whereas knocking out

β

-arrestin2 in

Arrb2

/

mice

had no significant effects,

Arrb1

deficiency in pancreatic islets from

Arrb1

/

mice significantly reduced 100 nM UCN3-induced SST

secretion (Figures

1i,j

and

S2j

). These results suggested that Gs-, G

11

-

and

β

-arrestin1-mediated

δ

-cell signalling contributed to 100-nM

UCN3-stimulated SST secretion in primary pancreatic islets.

We next knocked down selective G protein subtypes or arrestins

via siRNAs and pharmacologically blocked Gs signalling by NF449, a

specific Gs inhibitor, to investigate the contribution of 100-nM

UCN3-stimulated SST secretion in TGP52 cells. Despite glucose

induced SST secretion in TGP52 cells, these are not comparable to

primary pancreatic

δ

cells, but we speculated that studies in TGP52

cell could be a good supplement to primary islet studies. At least, high

glucose induced SST secretion in TGP52 cells was significantly

increased in response to UCN3 compared with these treated with

vehicle and no better pancreatic

δ

cell lines were commercially avail-

able (Figure

S2k

). The results repeated those observed in isolated

pancreatic islets, which suggested that Gs, G

11

and

β

-arrestin1 signal-

ling contributed to 100 nM UCN3-induced SST secretion in the

TGP52 cell lines (Figures

1k

and

S2k

o

).

3.2

|

Differential mechanisms underlying

somatostatin (SST) secretion in response to 10-nM
UCN3 stimulation

Because reported and our measured plasma level of UCN3 ranged

from 2

5 nM in wild-type mouse plasma (Figure

S2a

), we measured

SST secretion in response to UCN3 concentrations of 2 and 10 nM.

Notably,

both

2-

and

10-nM

UCN3

were

able

to

elicit

UCN3 secretion in isolated islets, which was blocked by the applica-

tion of 100-nM Astressin 2B (A2B) (Figure

2a

). This result suggested

that a low concentration of UCN3 was able to elicit SST secretion via

CRF

2

receptors in pancreatic islets.

F I G U R E 1

Specific G protein or arrestin subtypes contribute to the secretion of somatostatin (SST) induced by UCN3. (a) The relative

expression levels of G proteins and arrestins in islet

δ

cells in response to UCN3 stimulation were detected by qRT-PCR. Islet

δ

cells were labelled

with RFP in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice. Approximately 2 * 10

4

RFP

+

cells isolated from 6

10

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice (1 * 10

4

RFP

+

cells per

group) by flow cytometry, stimulated with UCN3 (100 nM) for 72 h and then prepared for qRT-PCR examination. The data are from three
independent experiments (n

=

3). (b,c) The relative expression levels of G proteins and arrestins in islet

δ

cells from STZ (b) or NOD (c) mice were

detected by qRT-PCR. Islet

δ

cells were labelled with RFP in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice. STZ mice were obtained from

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice

treated with STZ (20 mg

kg

1

day

1

) for 5 days using

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice treated with control vehicle as a control. Non-obese diabetic

(NOD) mice were crossed with

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice to label islet

δ

cells with RFP. Approximately 1 * 10

4

RFP

+

cells isolated from 6

8

Sst-

Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice treated with STZ (20 mg

kg

1

day

1

) for 5 days or 6

8 non-obese diabetic (NOD) mice were crossed with

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-

RFP

mice or 3

5

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice by flow cytometry and prepared for qRT-PCR detection. The data are from three independent

experiments (n

=

3). (d,e) Somatostatin secretion in response to UCN3 or astressin 2B (A2B, CRF

2

receptor receptor antagonist, 100 nM)

stimulation were detected in islets isolated from

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice (d),

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

mice (e). Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. WT or

Sst-Cre

+

/

mouse islets infected with lentivirus encoding non-sense shRNA were prepared as control. Three

hundred islets from 6

8 mice were grouped from WT,

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

,

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

,

Sst-Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

and

Sst-Cre

+

/

G11-shRNA-GFP

fl/fl

mice (100 islets per group). The data are from six independent experiments (n

=

6). (f) Immunostaining of GFP (green) cells

and SST (red) cells in islets isolated from

Sst-Cre

+

/

mice were infected with G11-shRNA-GFP

fl/fl

and control-shRNA-GFP

fl/fl

lentivirus for 48 h

and cultured for another 3

5 days. The right panel is Pearson's correlation analysis of G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

and SST fluorescence intensities. The

Pearson's correlation coefficient was 0.71. Scale bar: 50

μ

m. The 100 islets isolated from 2

3 mice were used for slicing and counted as an

independent experiment; 4

7 random areas were selected from each section and 10 sections were randomly selected from each mouse. The data

are from six independent experiments (n

=

6). (g) Quantification of GFP cells and SST cells in islets isolated from

Sst-Cre

+

/

mice were infected

with G11-shRNA-GFP

fl/fl

and control-shRNA-GFP

fl/fl

lentivirus for 48 h and cultured for another 3

5 days. The 100 islets isolated from 2

3 mice

were used for slicing and counted as an independent experiment; 4

7 random areas were selected from each section and 10 sections were

randomly selected from each mouse. The data are from six independent experiments (n

=

6). (h) Somatostatin secretion in response to UCN3 or

astressin 2B (A2B, CRF2 receptor receptor antagonist, 100 nM) stimulation were detected in islets isolated from

Sst-Cre

+

/

mice islets infected

with lentivirus encoding G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

. WT or

Sst-Cre

+

/

mice islets infected with lentivirus encoding non-sense shRNA were prepared as

control. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. Three hundred islets from 6

8 mice were grouped from

Sst-Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

and

Sst-Cre

+

/

G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

mice (100 islets per group). The data are from six independent experiments (n

=

6).

(i) SST secretion from islets isolated from WT mice or

Arrb1

/

mice in response to stimulation with UCN3 or A2B. Islets diameters with radius

ranging from 50

150

μ

m were selected. The 150 islets from 2

4

Arrb1

/

mice or WT mice treated with UCN3 or A2B were grouped (50 islets

per group). The data are from six independent experiments (n

=

6). (j) SST secretion from islets isolated from WT mice or

Arrb2

/

mice in

response to stimulation with UCN3 or A2B. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 150 islets from 2

4

Arrb2

/

mice treated with UCN3 or A2B were grouped (50 islets per group). The data are from six independent experiments (n

=

6).

(k) Somatostatin secretion in response to UCN3 or A2B stimulation were detected in TGP52 cells with G proteins or Arrestins knockdown.
TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Gnas

,

Gnaq

,

Gna11

,

Arrb1

or

Arrb2

for 48 h. Then cells were treated with UCN3 (100 nM),

A2B (100 nM) or NF449 (1

μ

M) for 1 h. The data are from three independent experiments (n

=

3). (d,e) *

P

< 0.05, n.s. no significant difference.

Relative somatostation levels from

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice (d),

Sst-Cre

+

/

Gq

fl/fl

mice (e) compared with WT mice. (h) *

P

< 0.05, n.s. no significant

difference.

Sst-Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

mice compared with

Sst-Cre

+

/

G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

mice. (i,j) *

P

< 0.05, ns, no significant difference;

Arrb1

/

mice (i) or

Arrb2

/

mice (j) compared with WT mice. The bars indicate the mean ± SEM values. The data were analysed to determine

significance via two-way ANOVA with Dunnett's post hoc test. Statistical tests were not carried out where n was less than 5.

WANG

ET AL

.

9

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

F I G U R E 2

Effects of UCN3 at

low

concentration on somatostatin (SST) secretion. (a) Somatostatin secretion of mice islets in response to

different concentrations of UCN3 treated with or without the CRF

2

receptor antagonist Astressin 2B (A2B). Islet diameters with radius ranging from

50

150

μ

m were selected. Three hundred islets from 6

8 mice were grouped from WT mice (100 islets per group). Islets were isolated and stimulated

with UCN3 (0, 2, 10 nM) or A2B (100 nM) for 1 h. The data are from six independent experiments (n

=

6). (b) SST secretion from islets isolated from

Sst-Cre

+

/

mouse islets infected with lentivirus encoding G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

or infected with lentivirus encoding non-sense shRNA in response to

stimulation with 10-nM UCN3. Islet diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 100 islets from 2

4

Sst-Cre

+

/

mice infected

with lentivirus encoding G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

or infected with lentivirus encoding non-sense shRNA (50 islets per group). The data are from six

independent experiments (n

=

6). (c) SST secretion from islets isolated from

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice or

Sst-Cre

+

/

mice in response to stimulation with

10-nM UCN3. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 100 islets from 2

4

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice or

Sst-Cre

+

/

mice

treated with UCN3 were grouped (50 islets per group). The data are from six independent experiments (n

=

6). (d) SST secretion from islets isolated

from WT mice or

Arrb1

/

mice in response to stimulation with 10 nM UCN3. Islet diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected.

100 islets from 2

4

Arrb1

/

mice or WT mice treated with UCN3 were grouped (50 islets per group). The data are from six independent experiments

(n

=

6). (e) Somatostatin secretion in response to UCN3 or Rp-cAMPS stimulation were detected in TGP52 cells with

Arrb1

or

Gna11

knocking down.

TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Arrb1

or

Gna11

for 48 h. Then cells were treated with UCN3 (10 nM) or Rp-cAMPS (50

μ

M,

cAMP inhibitor) for 1 h. The data are from three independent experiments (n

=

3). (a) *

P

< 0.05, n.s. no significant difference. Islet treated with A2B

compared with control (Con). (b) n.s. no significant difference. Islets isolated from

Sst-Cre

+

/

mice infected with lentivirus encoding G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

compared with infected with lentivirus encoding non-sense shRNA. (c) *

P

< 0.05, n.s. no significant difference.

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice compared with

Sst-

Cre

+

/

mice. (d) *

P

< 0.05, n.s. no significant difference.

Arrb1

/

mice compared with WT mice. The bars indicate the mean ± SEM values. All data

were analysed by two-sided one-way ANOVA with Tukey's test. Statistical tests were not carried out where n was less than 5.

10

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

In contrast to the contribution of G

11

signalling to 100-nM

UCN3-induced SST secretion, G

11

signalling showed no significant

effects on 10-nM UCN3-induced SST secretion, because treatment

with 10 nM UCN3 did not significantly alter SST secretion in islets of

Sst-Cre

+

/

G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

virus compared with the islets of

Sst-

Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

virus (islets of

Sst-Cre

+

/

mice were

infected with G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

virus or control-shRNA-GFP

fl/fl

virus, respectively) (Figure

2b

). However, SST secretion induced by

10-nM UCN3 was significantly decreased in primary islets derived

from

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice or

Arrb1

/

mice and was significantly

lower than that in their wild-type littermates (Figure

2c,d

). Moreover,

the application of either Rp-cAMPS or an siRNA targeting

Arrb1

but

not G

11

decreased SST secretion in TGP52 cells (Figure

2e

). Rp-

cAMPS is inhibitor of secondary messenger cAMP downstream signal-

ling. Therefore, these results suggested that Gs and

β

-arrestin1-

signalling but not G

11

signalling contributed to SST secretion in islets

in response to 10-nM UCN3 stimulation.

3.3

|

The Gs-PKA-RyR3 pathway contributes to

UCN3-induced somatostatin (SST) secretion

To investigate the molecular mechanisms underlying Gs signalling-

mediated SST secretion in response to UCN3 stimulation, we used

the GloSensor assay to examine the cellular cAMP level in response

to different treatment times and different UCN3 concentrations. In

CRF

2

receptor-overexpressing HEK293 cells, the intracellular cAMP

level peaked between 6 and 10 min and then diminished at approxi-

mately 20 min in response to UCN3 stimulation at different concen-

trations. The EC

50

value of UCN3-elicited intracellular cAMP

accumulation that was derived from the concentration-dependent

curve was 25.5 ± 1.4 nM (Figure

3a,b

). Downstream of cAMP,

PKA

activity was increased, which promoted the phosphorylation of cyclic-

AMP response element-binding protein (

CREB

to modulate the

expression of a spectrum of genes involved in hormone secretion,

including SST (Kidd et al.,

2015

; Vallejo et al.,

1992

; Wang

et al.,

2014

). We then used CREB phosphorylation at the pS

133

site as

a marker for the activation of the CRF

2

receptor-Gs-PKA signalling

pathway in response to UCN3. The phosphorylation of CREB showed

an increase beginning at 2 min, peaked between 5 and 30 min, and

then returned to normal at 60 min (Figures

3c

and

S3a

). The EC

50

value for the UCN3-induced pS

133

level of CREB was 3.434

± 0.08 nM (Figures

3d

and

S3b

). These results indicated that the clas-

sic CRF

2

receptor-Gs-PKA signalling pathway responded quickly to

low concentrations of UCN3. We next exploited the cAMP inhibitor

Rp-cAMPS and the PKA inhibitor H89 to evaluate how the inhibition

of cAMP or PKA signalling mimicked Gs inhibition by comparing their

effects with those of NF449 and 100 nM UCN3. Importantly, both

Rp-cAMPS and H89 largely reproduced the effects of NF499, sug-

gesting that cAMP-PKA signalling contributed to Gs-mediated SST

secretion downstream of the CRF

2

receptor (Figure

3e

).

Previous studies have suggested that the phosphorylation of

ryanodine receptors (RyRs) by PKA participates in insulin secretion.

Importantly, the application of ryanodine or Rp-cAMPS inhibited

UCN3-induced SST secretion, and this effect was abolished in

Sst-

Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice (Figure

3f

). These results strongly suggest that

RyR activity is required for SST secretion downstream of Gs signal-

ling. Among the three RyRs, the mRNA level of

Ryr3

was more

enriched in primary

δ

cells (Figure

S3c

). Moreover, the treatment of

TGP52 cells with RyR3-siRNA decreased UCN3-stimulated SST

secretion, whereas treatment with an siRNA targeting other RYR

subtypes or the control siRNA showed no effects (Figures

3g

and

S3d

f).

We then monitored the time course of the phosphorylation of

RyR3 by PKA in HEK293 cells overexpressing CRF

2

receptors and

treated with 100 nM UCN3. RyR3 was immunoprecipitated, and the

phosphorylation of RyR3 by PKA was examined with an anti-phos-

pho-PKA-substrate antibody. The phosphorylation level of RyR3 by

PKA was predicted to peak at 5 min (an anti-phospho-PKA-substrate

antibody was used) (Figure

3h

). We predicted the phosphorylation

sites of RyR3 by PKA using the software

PhosphoSitePlus

(

http://

www.phosphosite.org

), which suggested phosphorylation sites related

to S156, S160, S2706, S4697 and T4712. By inspecting the RyR3

structure (solved or predicted by AlphaGo), we selected solvent-

accessible sites for further investigation. According to previous stud-

ies, Ser2809 of human RyR2, Ser2844 of mouse RyR1 and Ser2843 of

human RyR1 are suggested to be the key phosphorylation sites of

PKA. Moreover, sequence alignment of the residues around the con-

stituting phosphate binding site among different RyR family members

showed that the corresponding site on RyR3 was S2706, whereas

S2809 and S2844 of RyR3 were in the conserved sequence. Based on

the predicted phosphorylation sites of RyR3 and reported key sites of

similar RyR1/2 family members, we selected and cloned the segment

RyR3-2616-2820 (encompassing S2706), the segment RyR3-1-543

(encompassing S156, S160), and the segment RyR3-4592-4868

(encompassing S4697, T4712) for further in vitro phosphorylation

examination.

We transfected selective RyR3 fragments that were harbouring

the predicted phosphorylation sites of PKA and examined how their

phosphorylation levels are affected by site-directed mutants. Nota-

bly, the UCN3-induced phosphorylation levels of RyR3 fragments

were specifically diminished by the S156A, S2706A and S4697A

mutations. Moreover, similar to full-length RyR3, the phosphoryla-

tion levels of RyR3-1-543, RyR3-2616-2820 and RyR3-4592-4868

exhibited increases at 5 min in response to UCN3 stimulation

(Figures

3i

k

and

S3g

). These results indicate that the potential

phosphorylation sites of RyR3 downstream of UCN3-CRF

2

receptor

signalling include the S156, S2706 and S4697 positions (Figures

3l

and

S3h

). Our results suggested increased phosphorylation of RyR3

by PKA upon UCN3 stimulation. Furthermore, we identified the

S156, S2706 and S4697 sites as potential PKA phosphorylation

sites

downstream

of

UCN3-CRF

2

receptor

engagement

(Figure

3m

). Further in vivo or biochemical studies are required to

investigate whether the phosphorylation of these sites by PKA

plays important roles in RyR3 activation and downstream SST

secretion.

WANG

ET AL

.

11

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

F I G U R E 3

Legend on next page.

12

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

3.4

|

The contribution of STAT6- and

UCN3-biased properties to G

11

signalling

Our studies in islets suggested that G

11

-mediated signalling but not

Gq-mediated signalling contributed to UCN3-induced SST secretion.

We recapitulated these phenomena by using siRNAs against Gq and

G

11

in TGP52 cells. PLC-IP3-calcium signalling downstream of the Gq

pathway contributes to SST secretion (or insulin secretion from pan-

creatic

β

cells). Consistent with these observations, we found that

application of the specific PLC inhibitor U73122 showed effects simi-

lar to those of TGP52 cells treated with the G

11

siRNA and Gq siRNA

or the G

11

siRNA alone (Figure

4a

). Moreover, UCN3 was able to acti-

vate G

11

using a G trimer dissociation assay in both a concentration-

and time-dependent manner (Figure

4b,c

). These results suggested

that the G

11

-PLC pathway contributed to UCN3-induced SST secre-

tion in pancreatic

δ

cells.

Previously, we showed that the direct fusion of arrestin or G pro-

tein subtypes could effectively determine the biased factor of selec-

tive downstream signalling of a particular GPCR, such as the

AT

1

receptor

(Strachan et al.,

2014

). We therefore probed the bias prop-

erty of UCN3 on Gq and G

11

signalling after CRF

2

receptor activation

using ligand binding assays and a chimeric fusion method. We used a

BRET assay to monitor ligand binding to CRF

2

receptors by fusing

FITC at the UCN3 C-terminus and linking Nluc at the N-terminus of

the CRF

2

receptor (Figure

S4a,b

) (Cheng et al.,

2022

). Similar to that

previously observed in the AT

1

receptor (Fu et al.,

2021

; Strachan

et al.,

2014

), the fusion of Gq or G

11

enabled the detection of the two

affinity sites in response to UCN3 binding. Whereas the lower affinity

binding sites (i.e., K

Lo

) of CRF

2

receptor-Gq and CRF

2

receptor-G

11

indicated the binding of the ligand to the receptor alone, the higher

affinity binding sites (i.e., K

Hi

) resembled the binding of UCN3 to the

CRF

2

receptor-Gq or CRF

2

receptor-G

11

complexes. The measured

K

Lo

values of UCN3 on CRF

2

receptor-Gq and CRF

2

receptor-G

11

were 59 ± 4.57 and 59 ± 19.8 nM, indicating binding affinity towards

the CRF

2

receptor receptor alone. In contrast, the measured K

Hi

values for the CRF

2

receptor-Gq and CRF

2

receptor-G

11

complexes

were 2.1 ± 0.29 and 1.0 ± 0.75 nM, respectively (Figure

4e,f

). Notably,

the

calculated

K

Lo

/K

Hi

ratios,

which

closely represented the

net allosteric effect on the biased property, were approximately

2-fold higher for the CRF

2

receptor-G

11

chimera than for the CRF

2

receptor-Gq chimera. These results suggested that UCN3 had a more

biased preference for G

11

coupling than for Gq. Moreover, G

11

was

more enriched in pancreatic

Sst

-pm-labelled pancreatic

δ

cells than in

other pancreatic cells (Figure

4d

). Collectively, these results suggest

F I G U R E 3

The mechanism of Gs mediated signal pathway contributing to the secretion of somatostatin (SST) induced by UCN3. (a) Real-time

cAMP levels in response to UCN3 stimulation at different UCN3 concentrations were detected in CRF

2

receptor-overexpressing HEK293A cells

using cAMP-GloSensor Assay. The data are from three independent experiments (n

=

3). (b) Concentration-dependent response curves of CRF

2

receptor stimulated with UCN3 on intracellular cAMP accumulation. The data are from four independent experiments (n

=

4). (c,d) Time course

assay (c) and dose course assay (d) of CREB phosphorylation in response to UCN3 stimulation in TGP52 cells were conducted and detected using
western blot. In the time course assay, TGP52 cells were treated with 100 nM for indicated time (0, 2, 5, 10, 30 and 60 min). In the dose course
assay, TGP52 cells were treated with indicated concentrations of UCN3 for 30 min. Cells were then harvested for western blot analysis.

Representative western blot bands were shown in Figure

S3a,b

Bands intensities were evaluated by Image J software and quantified. The data

are from three independent experiments (n

=

3). (e) Somatostatin secretion in response to UCN3, with or without Rp-cAMPS, H89 or NF449

were detected in mice islets. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 250 islets from 5

8 mice were grouped

from WT (50 islets per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). Mouse islets were isolated and treated with UCN3

(100 nM) alone or along with Rp-cAMPS (50

μ

M), H89 (500 nM, PKA inhibitor), NF449 (1

μ

M) for 1 h. Islets treated with vehicle were used as a

control. (f) SST secretion from islets isolated from WT mice or

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice in response to stimulation with UCN3, ryanodine or Rp-

cAMPS. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 200 islets from 4

6 WT or

Sst-Cre

+

/

Gs

fl/fl

mice treated with

UCN3, ryanodine or Rp-cAMPS were grouped (50 islets per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). (g) Somatostatin

secretion in response to UCN3 stimulation were detected in TGP52 cells with

Ryr1

,

Ryr2

or

Ryr3

knocking down. The data are from three

independent experiments (n

=

3). (h) Phosphorylation of RyR3 in response to UCN3 stimulation were examined in time-dependent manner using

western blot. TGP52 cells were prepared and treated with UCN3 (100 nM) for different time (0, 2, 5, 10 and 30 min). Then, RyR3 were
immunoprecipitated using anti-RyR3 and the phosphorylation of RyR3 by PKA were examined with anti-phospho-PKA-substrate antibody. The
data are from three independent experiments (n

=

3). (i

k) Phosphorylation of RyR3 fragments in response to UCN3 stimulation in HEK293 cells

with CRF2 receptor and different

Ryr3

constructs (RyR3-1-543 [i], RyR3-2616-2820 [j] or RyR3-4592-4868 [k]) overexpression. Different

Ryr3

constructs overexpressing RyR3-1-543 (i), RyR3-2616-2820 (j) or RyR3-4592-4868 (k) were cloned and co-transfected with CRF

2

receptors in

HEK293 cells. Cells were then treated with UCN3 (100 nM) in a time-dependent manner (0, 2, 5, 10, 30 min). RyR3 were immunoprecipitated
using anti-RyR3 and the phosphorylation of RyR3 by PKA were detected with anti-phospho-PKA-substrate antibody. Representative WB bands
were shown in Figure

S3g

. Bands intensities were evaluated using Image J software and quantified. The data are from three independent

experiments (n

=

3). (l) Phosphorylation of RyR3 fragments in response to UCN3 stimulation in HEK293 cells with different

Ryr3

constructs

overexpression. S156A, S160A, S2706A, S4697A or T4712A were introduced into

Ryr3

constructs overexpressing RyR3-1-543,

RyR3-2616-2820 or RyR3-4592-4868 and transfected in HEK293 cells. Cells were then treated with UCN3 (100 nM) for time accordingly to
results shown in Figure

3i

k

, at which time phosphorylation of RyR3 reached to peak. RyR3 were immunoprecipitated using anti-RyR3 and the

phosphorylation of RyR3 by PKA were detected with anti-phospho-PKA-substrate antibody. Representative WB bands were shown in this figure.
Bands intensities were evaluated using Image J Software and quantified and shown in Figure

S3h

. (m) Graphic model showed the somatostatin

secretion from islet

δ

cells was regulated by UCN3-CRF

2

receptor-Gs-RyR3 pathway. Statistical tests were not carried out where n was less

than 5.

WANG

ET AL

.

13

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

that the enrichment of the G

11

protein and the more biased property

of UCN3 towards G

11

than Gq may enhance the contributions of G

11

signalling to UCN3-induced SST secretion in

δ

cells.

To provide further insights into the high G

11

expression in pan-

creatic

δ

cells, we measured the mRNA levels of potential transcrip-

tion factors predicted to bind to G

11

promoters in

Sst

-pm-labelled

δ

cells and compared them with those in other pancreatic cells

(DiGruccio et al.,

2016

Segerstolpe et al.,

2016

). Specifically, the

mRNA levels of

Stat6

,

Foxo3

and

Tcf3

were more enriched in

δ

cells

than in non-

δ

islet cells (Figure

4g

). Specifically, knockdown of

Stat6

but not the

Foxo3

or

Tcf3

, decreased the mRNA and protein levels of

G

11

(Figures

4h,i

and

4c

e

). We then performed a quantitative ChIP

assay to profile the binding patterns of STAT6 across the region

encompassing approximately 2 kb upstream and downstream around

the G

11

protein transcription start sites (Figures

4j

and

S4f

). The

results indicated that STAT6 directly bound to the DNA region

1219-843 downstream of the transcription initiation sites of the G

11

protein. These results suggested that the transcription factor STAT6,

which is more enriched in pancreatic

δ

cells than in other cells, con-

tributed to G

11

expression and G

11

-mediated UCN3 effects on SST

secretion (Figure

4k

).

3.5

|

β

-Arrestin1-mediated signalling pathways

contribute to the secretion of somatostatin (SST)
induced by UCN3

In addition to desensitizing G protein activation, arrestins also initiate

G protein-independent signalling downstream of a particular GPCR,

such as ther AT

1

receptor and adrenoceptors (Dong et al.,

2017

Fu

et al.,

2021

He et al.,

2021

; Liu et al.,

2017

Wang et al.,

2014

Yang

et al.,

2015

). Previously, we identified that

β

-arrestin1 played critical

roles in promoting

Sst

transcription by activating the ERK-PAX6 path-

way downstream of

β

-adrenergic receptor activation in pancreatic

δ

cells (Li et al.,

2017

); however, how arrestins participate in SST secre-

tion in pancreatic

δ

cells has not been investigated. Here, results from

our animal models suggested that

β

-arrestin1 contributed to

UCN3-mediated SST secretion in pancreatic

δ

cells; therefore, we

monitored the interaction between CRF

2

receptor and

β

-arrestin1 in

HEK293 cells overexpressing fluorescently tagged CRF

2

receptor and

β

-arrestin1. Without UCN3 stimulation, the CRF

2

receptor was mainly

located at the plasma membrane, whereas

β

-arrestin1 was evenly dis-

tributed in the cytoplasm (Figure

5a

). After 5 min of UCN3 treatment,

the CRF

2

receptor and

β

-arrestin1 were colocalized in the plasma

membrane (punctate regions). We then measured the BRET signal

between the CRF

2

receptor-YFP and

β

-arrestin1-Rluc. The time

course and concentration-dependent curves (EC50: 91.3 ± 2.7 nM)

supported the interaction between the CRF

2

receptor and

β

-arrestin1,

even in the presence of low concentrations of UCN3, and the highest

BRET ratio over a 1-h duration was found at 5 min (Figure

5b,c

).

These data indicate that the

β

-arrestin1 signalling pathway plays an

essential role in its quick response under stimulation with physiologi-

cal concentrations of UCN3.

In TGP52 cells, the knockdown of

β

-arrestin1 further inhibited

UCN3-induced SST secretion following the administration of Rp-

cAMPS and U73122, inhibitors of cAMP and PLC, respectively

(Figure

5d

). This result suggested that

β

-arrestin1 mediated cAMP/

Gs- and PLC/G

11

-independent SST secretion pathways in pancreatic

δ

cells. In addition, the presence of the calcium chelator ethylene gly-

col tetraacetic acid (EGTA) did not phenocopy the effects of siArrb1,

suggesting that

β

-arrestin1 does not promote SST secretion by regu-

lating extracellular calcium influx.

Synaptotagmin, a family of synaptic vesicle proteins involved in

the

exocytosis

of

a

panel

of

hormones,

may

be

involved

in UCN3-induced SST secretion; however, this phenomenon has not

been characterized in pancreatic

δ

cells. We therefore measured and

compared the mRNA levels of synaptotagmin protein subtypes in

UCN3-stimulated

δ

cells and brain tissue (Figures

5e

and

S5a

). Inter-

estingly, synaptotagmin-1 (

Syt1

)

, Syt2, Syt7, Syt9, Syt13, Syt14, Syt15

and

Syt16

were more enriched in pancreatic

δ

cells. We therefore

knocked down each specific

Syt

subtype to determine which subtype

contributed to SST secretion in response to UCN3 stimulation after

the application of U73112 and Rp-cAMPS to compare these effects

with those of

Arrb1

knockdown (Figures

5g

and

S5a

). The results indi-

cated that knocking down

Syt1

mostly mimicked the effects of

Arrb1

knockdown. Moreover,

β

-arrestin1 colocalized with SYT1 in HEK293

cells overexpressing CRF

2

receptors in response to UCN3 stimulation

(Figure

5f

). The UCN3-induced association of

β

-arrestin1 with SYT1

was further supported by BRET and co-IP assays (Figure

5h,i

).

Together, these results suggested that the CRF

2

receptor-

β

-arrestin1

pathway contributed to SST secretion in pancreatic

δ

cells by recruit-

ing SYT1 to

β

-arrestin1 and activating the corresponding exocytosis

pathway (Figure

5j

).

3.6

|

Long-term exposure to different levels of

UCN3 showed distinct effects

In addition to acute responses, we next examined how long-term

exposure to UCN3 at different concentrations modulates islet func-

tions. Importantly, the glucose-induced insulin secretion level after

long-term exposure (72 h) to 100-nM UCN3 in mouse islets was

decreased compared with that of the control (treatment with

CYN154806, a somatostatin receptor antagonist) (Figure

6a

), and this

is consistent with the conclusion that SST of islet

δ

cells can exert

tetanic inhibitory effects on insulin and glucagon secretion (Hauge-

Evans et al.,

2009

). In contrast, long-term exposure (72 h) to 10-nM

UCN3 showed no effects on glucose-induced insulin secretion. We

then examined changes in the mRNA levels of several genes related

to glucose-stimulated insulin secretion (Figure

6b

). The mRNA levels

of

Adcy8

and

Glp1r

were decreased after long-term exposure to either

10- or 100-nM UCN3. Interestingly, whereas the mRNA level of

Glut2

decreased in response to 100-nM UCN3 exposure, its level increased

after 10-nM UCN3 exposure. We noticed that 100-nM UCN3 specifi-

cally activated G

11

signalling in pancreatic

δ

cells (compared to 10-nM

UCN3 treatment). We therefore specifically knocked down G

11

14

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

F I G U R E 4

The mechanism of the G

11

/Gq mediated signal pathway contributing to the secretion of somatostatin (SST) induced by UCN3.

(a) Somatostatin secretion in response to UCN3 stimulation were detected in TGP52 cells with

Gnaq

(Gq),

Gna11

(G11) or

Arrb1

knocking down.

TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Gnaq

,

Gna11

or

Arrb1

for 48 h and then treated with UCN3 (10 nM), U73122 (10

μ

M, PLC

inhibitor) or NF449 (1

μ

M) for 1 h. The data are from three independent experiments (n

=

3). (b) BRET-based G protein trimer dissociation assays

were used to determine the effects of UCN3 on G

11

coupling to CRF

2

receptors in a concentration-dependent manner. The data are from three

independent experiments (n

=

3). (c) BRET-based G protein trimer dissociation assays were used to determine the effects of UCN3 on G11

coupling of CRF

2

receptor in a time-dependent manner (0, 1, 2, 5, 10, 30 and 60 min). The data are from three independent experiments (n

=

3).

(d) Relative mRNA levels of

Gnaq

(Gq) and

Gna11

(G

11

) in islet

δ

cells and non-

δ

cells were detected by qRT-PCR. Islet

δ

cells were labelled with

RFP in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice. Approximately 1 * 10

4

RFP

+

or RFP

cells were collected from 3

5

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice by flow cytometry

and were prepared for qRT-PCR detection. The data are from three independent experiments (n

=

3). (e,f) Competitive binding curve of UCN3 in

CRF

2

receptor-G

α

q (e), CRF

2

receptor-G

α

11

(f) or CRF

2

receptor transfected HEK293 cells. The data are from three independent experiments

(n

=

3). (g) Relative mRNA levels of potential transcription factors (

Arnt

,

Foxa2

,

Foxo1

,

Foxo3

,

Klf4

,

Nfatc2

,

Stat6

,

Tcfl2

or

Tcf3)

binding to

Gna11

promoters in islet

δ

cells and non-

δ

cells were detected by qRT-PCR. Islet

δ

cells were labelled with RFP in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice.

Approximately 1 * 10

4

RFP

+

or RFP

cells were collected from 3

5

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice by flow cytometry and were prepared for qRT-PCR

detection. The data are from three independent experiments (n

=

3). (h,i) The relative expression levels of G

11

in response to

Foxo3

,

Stat6

or

Tcf3

knocking down were evaluated in TGP52 cells. TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Foxo3

,

Stat6

, or

Tcf3

for 48 hours. Cells

were then harvested for qRT-PCR and western blot analysis. Relative mRNA levels of

Foxo3

,

Stat6

,

Tcf3

or

Gna11

(

G

11

) were analysed by qRT-

PCR (h and Figure

S4d

). Representative immunoblot bands showing G11 protein levels were shown in Figure

S4e

Band intensities were

evaluated using Image J and analysed in (i). The data are from three independent experiments (n

=

3). (j) ChIP analysis of STAT6 binding patterns

on

Gna11

(

G11

) promoter region in TGP52 cells. STAT6 were overexpressed in TGP52 cells. After then, cells were cross-linked, sonicated, and

harvested for immunoprecipitation using anti-STAT6 antibody. G11 promoter fragments were detected using RT-PCR and analysed.
Representative DNA bands were shown in Figure

S4f

The data are from three independent experiments (n

=

3). (k) Graphic model showed the

somatostatin secretion from islet

δ

cells was regulated by STAT6-G11 pathway Statistical tests were not carried out where n was less than 5.

WANG

ET AL

.

15

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

expression in pancreatic

δ

cells derived from

Sst-Cre

+

/

mice using a

G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

lentivirus and examined both glucose-induced

insulin secretion and related genes (Figure

6c,d

). Administration of the

SSTR antagonist CYN154806 blocked the effects of 100 nM UCN3

induced decrease of insulin secretion (Figure

6a

). Similar blockade of

the UCN3 induced decrease of insulin secretion were observed by

G

11

deficiency in islet

δ

cells, when we infected

Sst-Cre

+

/

mice with

virus encompassing G

11

-shRNA-GFP

fl/fl

(Figure

6c

). Importantly, the

knockdown of G

11

in pancreatic

δ

cells promoted glucose-induced

insulin secretion and the expression of both

Glut2

and

Adcy8

. These

results suggested that G

11

-mediated CRF

2

receptor signalling in pan-

creatic

δ

cells after long-term exposure to 100-nM UCN3 impaired

islet function and down-regulated genes related to insulin secretion in

pancreatic

β

cells.

We next measured the mRNA levels of the proliferation-related

genes

Mki67, Ccnd1, Ccnd2

and

Cdk2

in primary

β

cells exposed to 10-

or 100-nM UCN3 (Figure

6e

). The data showed that the levels of

proliferation-related genes were markedly increased in the 10-nM

UCN3 group compared with the control group. In contrast, there was

no significant difference between the 100-nM UCN3 group and the

F I G U R E 5

Legend on next page.

16

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

control group. We performed immunofluorescence experiments to

monitor the expression of MKI67 in mouse islets after 72 h of expo-

sure to 10- or 100-nM UCN3 (Figure

6f

). The data revealed that

10-nM UCN3 increased

Mki67

expression in pancreatic islets,

whereas 100-nM UCN3 did not.

4

|

D I S C U S S I O N

Islets are complex microorgans that consist of several types of endo-

crine cell that play a key role in the regulation of whole-body energy

metabolism (Rorsman & Huising,

2018

). Specific paracrine interac-

tions among these islet cells are critical in mediating appropriate

responses to different physiological contexts (Arrojo e Drigo

et al.,

2019

; Unger & Orci,

2010

van der Meulen et al.,

2015

). As an

important paracrine factor, UCN3 potentiates high glucose-induced

SST secretion to promote a negative feedback loop that attenuates

insulin release (Li et al.,

2017

van der Meulen et al.,

2015

). In

response to endogenous UCN3 stimulation, the CRF

2

receptor may

couple to different downstream effectors, such as Gs, Gq and arrest-

ins. How these different signals are present in pancreatic

δ

cells has

not been previously investigated. Here, our results suggested that at

least three direct downstream effectors, including Gs, G

11

and

β

-arrestin1, directly contributed to UCN3-induced CRF

2

receptor in

pancreatic

δ

cells to modulate acute SST secretion. While RyR3

phosphorylation by PKA may play important roles in Gs-mediated

UCN3-CRF

2

receptor function in SST secretion, its interaction with

Syt1 may contribute to

β

-arrestin1-mediated CRF

2

receptor function

in pancreatic

δ

cells. Moreover, the specific expression of stat6 may

contribute to G

11

expression and G

11

-mediated UCN3 effects on

SST in pancreatic

δ

cells. Therefore, our study provides a preliminary

landscape of different downstream signalling pathways that partici-

pate in UCN3-CRF

2

receptor axis-mediated SST secretion in pancre-

atic

δ

cells. Interestingly, we found UCN3 has preferential signalling

at different concentrations. The 10 nM UCN3 mainly activates the

Gs and

β

-arrestin1 signalling downstream CRF

2

receptors in

δ

cells of

pancreatic

islets.

These

two

pathways

also

contributed

to

UCN3-induced SST secretion in pancreatic

δ

-cells, which was previ-

ously unknown (Figures

1a

and

S2c

). Moreover, a high concentration

(100-nM UCN3), in addition to activating the Gs and

β

-arrestin1 sig-

nalling pathways, could also activate G

11

to promote SST secretion

through the PLC-calcium signalling pathway. The important func-

tional roles of G

11

and how its expression is modulated in pancreatic

δ

cell have never been explored in previous studies. Our findings

provide a deeper understanding of the UCN3-CRF

2

receptor-SST

paracrine signalling axis and how SST secretion is regulated by

pancreatic

δ

cells.

Another notable finding is that high and low concentrations of

UCN3 have different kinds of effects on islet cells. In a longer time

window (up to 3 days; compared to 1 h), 10- and 100-nM UCN3

F I G U R E 5

The

β

-arrestin1 mediated signal pathway contributes to the secretion of somatostatin (SST) induced by UCN3. (a) Colocalization of

β

-arrestin1 and the CRF

2

receptor in response to UCN3 stimulation was detected in HEK293 cells. CRF

2

receptor-YFP and

β

-arrestin1-RFP were

overexpressed in HEK293 cells and stimulated with UCN3 (100 nM) for 5 min. Analysis of co-localization for

β

-arrestin1 and the CRF

2

receptor

was conducted using immunofluorescence. Representative images were shown here. Scar bar: 20

μ

m. Three cell slides were performed for an

independent experiment; 4

6 random areas were selected from every cell slide. Data were from three independent experiments (n

=

3). Analysis

of co-localization of the CRF

2

receptor and

β

-arrestin1 of HEK293 cells stimulated with UCN3 (100 nM) for 0 and 5 min, CRF

2

receptor and

β

-arrestin1 fluorescence intensities was analysed by Pearson's correlation analysis. The Pearson's correlation coefficient of co-localization of

CRF

2

receptor and

β

-arrestin1 of HEK293 cells without stimulation or stimulated with UCN3 (100 nM) for 5 min were

0.15 and 0.83,

respectively. (b,c) BRET-based

β

-arrestin1 recruitment assays were used to determine the effects of UCN3 on

β

-arrestin1 coupling to CRF

2

receptor as time-dependent (b) or dose-dependent (c) manner. BRET ratio at different time were compared to that at zero time. The data are from
three independent experiments (n

=

3). (d) Somatostatin secretion in response to different pharmacological interventions was detected in TGP52.

TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Arrb1

or siCon for 48 h and then treated with UCN3 (10 nM), Rp-cAMPS (50

μ

M), U73122

(10

μ

M) or EGTA for 1 h. The data are from three independent experiments (n

=

3). (e) The relative expression levels of selected Synaptotagmins

in SST-labelled islet

δ

cells were examined by qRT-PCR. Islet

δ

cells were labelled with RFP in

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice. Approximately 1 * 10

4

RFP

+

cells were collected from 3

5

Sst-Cre

+

/

Rosa

lsl-RFP

mice by flow cytometry and prepared for qRT-PCR detection using brain tissue as a

control. The data are from three independent experiments (n

=

3). (f) Co-localization of

β

-arrestin1 and SYT1 in response to UCN3 stimulation

was detected in HEK293 cells. Representative images were shown here. Scar bar: 20

μ

m. Three cell slides were performed for an independent

experiment; 4

6 random areas were selected from every cell slide. Data were from three independent experiments (n

=

3). Analysis of co-

localization SYT1 and

β

-arrestin1 of HEK293 cells stimulated with UCN3 (100 nM) for 0 and 20 min, SYT1 and

β

-arrestin1 fluorescence

intensities were analysed by Pearson's correlation analysis. The Pearson's correlation coefficient of co-localization of SYT1 and

β

-arrestin1 of

HEK293 cells without stimulation or stimulated with UCN3 (100 nM) for 20 min was 0.28 and 0.6, respectively. (g) Somatostatin secretion in
response to different pharmacological intervention were detected in TGP52 cells. TGP52 cells were transfected with siRNAs targeted to

Arrb1

or

different

Synaptotagmins

for 48 h and then treated with UCN3 (10 nM), with or without Rp-cAMPS (50

μ

M), or U73122 (10

μ

M) for 1 h. The

data are from three independent experiments (n

=

3). (h,i) Interaction of

β

-arrestin1 and Syt1 in response to UCN3 stimulation were detected

using BRET (h) and co-IP (i).

β

-arrestin1-Rluc and Syt1-YFP tags were co-transfected in HEK293 cells for 48 h in BRET assay, while

β

-arrestin1

and Syt1 fused with HA or MYC were co-transfected in HEK293 cells for 48 h in co-IP assay. Cells were then harvested after UCN3 stimulation
and prepared for indicated experiments following protocols. Dose-dependent interactions of two proteins upon UCN3 stimulation were shown in
(h). Representative co-IP bands were shown in (i). The data are from three independent experiments (n

=

3). (j) Graphic model showed the

somatostatin secretion from islet

δ

cells was regulated by

β

-arrestin1-SYT1 pathway. Statistical tests were not carried out where n was less

than 5.

WANG

ET AL

.

17

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

F I G U R E 6

Different gene transcriptional regulatory pathways in

β

cell related with UNC3-CRF2 receptor signal pathway contribute to insulin

secretion. (a) Insulin secretion from islets isolated from WT mice in response to stimulation with UCN3 or CYN154806. Islet diameters with
radius ranging from 50

150

μ

m were selected. The 600 islets from 12

16 WT mice treated with UCN3 or CYN154806 were grouped (50 islets

per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). (b) Heat map of

β

cell markers in islets stimulated with UCN3 or

CYN154806. Red and blue blocks represented upregulation or downregulation of specific genes in response to the stimulation. The 400 hundred
islets from 8

12 mice were grouped from WT mice (100 islets per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). (c) Insulin

secretion in response to long-time UCN3 or CYN154806 stimulation were detected in

Sst-Cre

+

/

mice islets infected with lentivirus encoding

G11-shRNA-GFP

fl/fl

. Islets diameters with radius ranging from 50

150

μ

m were selected. Two hundred islets from 4

8 mice were grouped from

Sst-Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

and

Sst-Cre

+

/

G11-shRNA-GFP

fl/fl

mice (100 islets per group). Islets were isolated and stimulated with UCN3

(100 nM) or CYN154806 for 72 h. Insulin secretion were measured using ELISA kit in response to glucose (1 or 20 nM) treatment. The data are
from three independent experiments (n

=

3). (d) The relative expression levels of selected

β

cell markers in

Sst-Cre

+

/

mice islets infected with

lentivirus encoding G11-shRNA-GFP

fl/fl

. Two hundred islets from 4

8 mice were grouped from

Sst-Cre

+

/

control-shRNA-GFP

fl/fl

and

Sst-

Cre

+

/

G11-shRNA-GFP

fl/fl

mice (100 islets per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). (e) The relative expression

levels of cell cycle markers in islets stimulated with UCN3 for different concentrations were detected using qRT-PCR. Three hundred islets from
6

8 mice were grouped from WT mice (100 islets per group). The data are from three independent experiments (n

=

3). (f) Immunostaining (left)

and quantification (right) analysis of insulin and mki67 in islets were conducted in response to UCN3 stimulation for different concentrations.
Representative images were shown here. Scale bar: 100

μ

m. Mki67

+

cells were calculated and analysed. In every independent experiment,

200 islets were stimulated with UCN3 in every group and prepared for immunostaining. The data are from six independent experiments (n

=

6).

Statistical tests were not carried out where n was less than 5.

18

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

have opposite effects on insulin secretion through CRF

2

receptor sig-

nalling involved in

β

cell adaptive responses. In mouse

β

cells,

Glut2

is established as the primary glucose transporter and modulates insu-

lin secretion (Guillam et al.,

2000

; Low et al.,

2021

; Thorens

et al.,

2000

). Our studies suggest that the expression levels of

Glut2

are closely regulated by UCN3. The change in the mRNA levels in

β

cells and the functional/experimental data from G

11

KO mouse islets

showed that

Glut2

was down-regulated in pancreatic islets in

response to a high concentration of UCN3. In contrast, 10-nM UCN3

induced increased expression of the typical pancreatic

β

cell tran-

scription factors

Pdx1

and

Nkx6.1

and the proliferation markers

Ki67,

Ccnd1, Ccnd2

and

Cdk2

(Cogger et al.,

2017

Lin et al.,

2020

; Russ

et al.,

2015

) compared with the control group without UCN3 stimula-

tion. These results suggested that low concentrations of UCN3,

which may mainly activate Gs and

β

-arrestin1 signalling, had benefi-

cial effects on glucose homeostasis. In contrast, the overactivation of

CRF

2

receptor-G

11

signalling by high concentrations of UCN3 may

have detrimental effects on insulin secretion by downregulating

Glut2

expression levels.

In summary, we have provided a landscape of different G protein

or arrestin subtypes in pancreatic

δ

cells, as well as their key down-

stream signalling hubs, that participate in UCN3-CRF

2

receptor-

mediated SST secretion in the islet circuit of crosstalk between islet

β

and

δ

cells. The differential effects of different UCN3 levels and the

contribution of different G protein subtypes or arrestins to islet func-

tion may help us to further understand glucose homeostasis through

hormone receptor interaction networks.

A U T H O R C O N T R I B U T I O N S

J.-P. S. and X. Y. initiated the research. J. W., J.-P. S. and X. Y.

designed and supervised the overall project. X. Y. conceived the

method to identify signalling pathway and function of CRF2 receptor

in response to UCN3 stimulation. J.-P. S. and X. Y. designed all func-

tional assays. H. Q. and J. L. performed G protein screening in

Sst

-pm-

labelled islet cells. K. W., M. G., H. Q., J. L. W. P. and Q. C. isolated

mice islets and performed ex vivo experiments. K. W., M. G., W. A.

and J. L. performed cell experiments, immunofluorescence studies and

ligand binding experiments. K. W., M. G., J. L. and S. N. performed

BRET and western blot experiments. K. W., M. G., H. Q., W. A., J. L.,

S. N., F. Y., P. X., J. C., L. F., J. W., J.-P. S. and X. Y. participated in data

analysis and interpretation. K. W., M. G., W. A., J. L., S. N., F. Y., P. X.,

L. F., J. W., J.-P. S. and X. Y. wrote and revised the manuscript. All the

authors have seen and commented on the manuscript.

A C K N O W L E D G E M E N T S

This work was supported by the National Science Fund for Distin-

guished Young Scholars Grant (81825022 to J.-P. S., 82225011 to X.

Y.), Key Research Project of the Natural Science Foundation of

Beijing (Z200019 to J.-P. S.), National Natural Science Foundation of

China Grant (31971195 to P.X., 92057121 to X.Y., 32130055 to J.-P.

S., 91939301 to J.-P.S., 82300890 to J.C.), the Major Fundamental

Research Program of Natural Science Foundation of Shandong Prov-

ince, China (ZR2021ZD18 to X.Y.), China National Postdoctoral

Program for Innovative Talents (BX20230201 to J.C.), China Postdoc-

toral Science Foundation (2023M742066 to J.C.), the Natural Science

Foundation of Shandong Province, China (ZR2023MH196 to S.-L.N.),

and National Key Research and Development Program of China

(2019YFA0904200 to J.-P. S.).

C O N F L I C T O F I N T E R E S T S T A T E M E N T

All authors declare no competing interests.

D A T A A V A I L A B I L I T Y S T A T E M E N T

The data that support the findings of this study are available from the

corresponding author upon reasonable request. Some data may not

be made available because of privacy or ethical restrictions.

D E C L A R A T I O N O F T R A N S P A R E N C Y A N D S C I E N T I F I C

R I G O U R

This Declaration acknowledges that this paper adheres to the princi-

ples for transparent reporting and scientific rigour of preclinical

research as stated in the

BJP

guidelines for

Natural Products

Research

,

Design and Analysis

,

Immunoblotting and Immunochemistry

and

Animal Experimentation

and as recommended by funding agen-

cies, publishers and other organizations engaged with supporting

research.

R E F E R E N C E S

Alexander, S. P. H., Christopoulos, A., Davenport, A. P., Kelly, E.,

Mathie, A. A., Peters, J. A., Veale, E. L., Armstrong, J. F., Faccenda, E.,

Harding, S. D., Davies, J. A., Abbracchio, M. P., Abraham, G.,

Agoulnik, A., Alexander, W., Al-Hosaini, K., Bäck, M., Baker, J. G.,

Barnes, N. M.,

Ye, R. D. (2023). The Concise Guide to PHARMA-

COLOGY 2023/24: G protein-coupled receptors.

British Journal

of

Pharmacology

,

180

,

S23

S144.

https://doi.org/10.1111/bph.

16177

Alexander, S. P. H., Fabbro, D., Kelly, E., Mathie, A. A., Peters, J. A.,

Veale, E. L., Armstrong, J. F., Faccenda, E., Harding, S. D., Davies, J. A.,

Annett, S., Boison, D., Burns, K. E., Dessauer, C., Gertsch, J.,

Helsby, N. A., Izzo, A. A., Ostrom, R., Papapetropoulos, A.,

Wong, S. S. (2023). The Concise Guide to PHARMACOLOGY

2023/24: Enzymes.

British Journal of Pharmacology

,

180

, S289

S373.

https://doi.org/10.1111/bph.16181

Alexander, S. P. H., Kelly, E., Mathie, A. A., Peters, J. A., Veale, E. L.,

Armstrong, J. F., Buneman, O. P., Faccenda, E., Harding, S. D.,

Spedding, M., Cidlowski, J. A., Fabbro, D., Davenport, A. P.,

Striessnig, J., Davies, J. A., Ahlers-Dannen, K. E., Alqinyah, M.,

Arumugam, T. V., Bodle, C.,

Zolghadri, Y. (2023). The Concise Guide

to PHARMACOLOGY 2023/24: Introduction and Other Protein Tar-

gets.

British Journal of Pharmacology

,

180

, S1

S22.

https://doi.org/10.

1111/bph.16176

Alexander, S. P. H., Mathie, A. A., Peters, J. A., Veale, E. L., Striessnig, J.,

Kelly, E., Armstrong, J. F., Faccenda, E., Harding, S. D., Davies, J. A.,

Aldrich, R. W., Attali, B., Baggetta, A. M., Becirovic, E., Biel, M.,

Bill, R. M., Caceres, A. I., Catterall, W. A., Conner, A. C.,

Zhu, M.

(2023). The Concise Guide to PHARMACOLOGY 2023/24: Ion chan-

nels.

British Journal of Pharmacology

,

180

, S145

S222.

https://doi.org/

10.1111/bph.16181

Alexander, S. P. H., Roberts, R. E., Broughton, B. R. S., Sobey, C. G.,

George,

C.

H., Stanford,

S.

C.,

Cirino,

G.,

Docherty,

J.

R.,

Giembycz, M. A., Hoyer, D., Insel, P. A., Izzo, A. A., Ji, Y.,

MacEwan, D. J., Mangum, J., Wonnacott, S., & Ahluwalia, A. (2018).

WANG

ET AL

.

19

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

Goals and practicalities of immunoblotting and immunohistochemistry:

A guide for submission to the

British Journal of Pharmacology

.

British

Journal of Pharmacology

,

175

, 407

411.

https://doi.org/10.1111/bph.

14112

Arnush, M., Scarim, A. L., Heitmeier, M. R., Kelly, C. B., & Corbett, J. A.

(1998). Potential role of resident islet macrophage activation in the ini-

tiation of autoimmune diabetes.

Journal of Immunology

,

160

(6), 2684

2691.

https://doi.org/10.4049/jimmunol.160.6.2684

Arrojo e Drigo, R., Jacob, S., García-Prieto, C. F., Zheng, X., Fukuda, M.,

Nhu, H. T. T., Stelmashenko, O., Peçanha, F. L. M., Rodriguez-Diaz, R.,

Bushong, E., Deerinck, T., Phan, S., Ali, Y., Leibiger, I., Chua, M.,

Boudier, T., Song, S. H., Graf, M., Augustine, G. J.,

Berggren, P. O.

(2019). Structural basis for delta cell paracrine regulation in pancreatic

islets.

Nature Communications

,

10

(1), 3700.

https://doi.org/10.1038/

s41467-019-11517-x

Blank,

T.,

Nijholt,

I.,

Grammatopoulos,

D.

K.,

Randeva,

H.

S.,

Hillhouse, E. W., & Spiess, J. (2003). Corticotropin-releasing factor

receptors couple to multiple G-proteins to activate diverse intracellular

signaling

pathways

in

mouse

hippocampus:

Role

in

neuronal

excitability and associative learning.

The Journal of Neuroscience

,

23

(2), 700

707.

https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-02-00700.

2003

Borden, P., Houtz, J., Leach, S. D., & Kuruvilla, R. (2013). Sympathetic

innervation during development is necessary for pancreatic islet archi-

tecture and functional maturation.

Cell Reports

,

4

(2), 287

301.

https://

doi.org/10.1016/j.celrep.2013.06.019

Briant, L. J. B., Reinbothe, T. M., Spiliotis, I., Miranda, C., Rodriguez, B., &

Rorsman, P. (2018).

δ

-Cells and

β

-cells are electrically coupled and reg-

ulate

α

-cell activity via somatostatin.

The Journal of Physiology

,

596

(2),

197

215.

https://doi.org/10.1113/JP274581

Cheng, J., Yang, Z., Ge, X. Y., Gao, M. X., Meng, R., Xu, X., Zhang, Y. Q.,

Li, R. Z., Lin, J. Y., Tian, Z. M., Wang, J., Ning, S. L., Xu, Y. F., Yang, F.,

Gu, J. K., Sun, J. P., & Yu, X. (2022). Autonomous sensing of the insulin

peptide by an olfactory G protein-coupled receptor modulates glucose

metabolism.

Cell Metabolism

,

34

(2), 240

255 e10.

https://doi.org/10.

1016/j.cmet.2021.12.022

Cogger, K. F., Sinha, A., Sarangi, F., McGaugh, E. C., Saunders, D.,

Dorrell, C.,

Mejia-Guerrero, S.,

Aghazadeh,

Y.,

Rourke,

J. L.,

Screaton, R. A., Grompe, M., Streeter, P. R., Powers, A. C.,

Brissova, M., Kislinger, T., & Nostro, M. C. (2017). Glycoprotein 2 is a

specific cell surface marker of human pancreatic progenitors.

Nature

Communications

,

8

(1),

331.

https://doi.org/10.1038/s41467-017-

00561-0

Curtis, M. J., Alexander, S. P. H., Cirino, G., George, C. H., Kendall, D. A.,

Insel, P. A., Izzo, A. A., Ji, Y., Panettieri, R. A., Patel, H. H., Sobey, C. G.,

Stanford,

S.

C.,

Stanley,

P.,

Stefanska,

B.,

Stephens,

G.

J.,

Teixeira, M. M., Vergnolle, N., & Ahluwalia, A. (2022). Planning experi-

ments: Updated guidance on experimental design and analysis and

their reporting III.

British Journal of Pharmacology

,

179

(15), 1

7.

https://doi.org/10.1111/bph.15868

DiGruccio, M. R., Mawla, A. M., Donaldson, C. J., Noguchi, G. M.,

Vaughan, J., Cowing-Zitron, C., van der Meulen, T., & Huising, M. O.

(2016). Comprehensive alpha, beta and delta cell transcriptomes reveal

that ghrelin selectively activates delta cells and promotes somatostatin

release from pancreatic islets.

Molecular Metabolism

,

5

(7), 449

458.

https://doi.org/10.1016/j.molmet.2016.04.007

do, M. T. H., Kang, S. H., Xue, T., Zhong, H., Liao, H. W., Bergles, D. E., &

Yau, K. W. (2009). Photon capture and signalling by melanopsin retinal

ganglion cells.

Nature

,

457

(7227), 281

287.

https://doi.org/10.1038/

nature07682

Dong, J. H., Wang, Y. J., Cui, M., Wang, X. J., Zheng, W. S., Ma, M. L.,

Yang, F., He, D. F., Hu, Q. X., Zhang, D. L., Ning, S. L., Liu, C. H.,

Wang, C., Wang, Y., Li, X. Y., Yi, F., Lin, A., Kahsai, A. W., Cahill, T. J. III,

Sun, J. P. (2017). Adaptive activation of a stress response pathway

improves learning and memory through Gs and

β

-Arrestin-1-regulated

lactate metabolism.

Biological Psychiatry

,

81

(8), 654

670.

https://doi.

org/10.1016/j.biopsych.2016.09.025

Du, Y. Q., Sha, X. Y., Cheng, J., Wang, J., Lin, J. Y., An, W. T., Pan, W.,

Zhang, L. J., Tao, X. N., Xu, Y. F., Jia, Y. L., Yang, Z., Xiao, P., Liu, M.,

Sun, J. P., & Yu, X. (2022). Endogenous lipid-GPR120 signaling modu-

lates pancreatic islet homeostasis to different extents.

Diabetes

,

71

(7),

1454

1471.

https://doi.org/10.2337/db21-0794

Flaherty, S. E. 3rd, Bezy, O., Zheng, W., Yan, D., Li, X., Jagarlapudi, S.,

Albuquerque, B., Esquejo, R. M., Peloquin, M., Semache, M.,

Mancini, A., Kang, L., Drujan, D., Breitkopf, S. B., Griffin, J. D., Jean

Beltran, P. M., Xue, L., Stansfield, J., Pashos, E.,

Wu, Z. (2023).

Chronic UCN2 treatment desensitizes CRF2 receptor and improves

insulin sensitivity.

Nature Communications

,

14

(1), 3953.

https://doi.

org/10.1038/s41467-023-39597-w

Fu, Y., Huang, Y., Yang, Z., Chen, Y., Zheng, J., Mao, C., Li, Z., Liu, Z., Yu, B.,

Li, T., Wang, M., Xu, C., Zhou, Y., Zhao, G., Jia, Y., Guo, W., Jia, X.,

Zhang, T., Li, L.,

Kong, W. (2021). Cartilage oligomeric matrix protein

is an endogenous

β

-arrestin-2-selective allosteric modulator of AT1

receptor counteracting vascular injury.

Cell Research

,

31

(7), 773

790.

https://doi.org/10.1038/s41422-020-00464-8

Golden, T. N., & Simmons, R. A. (2021). Immune dysfunction in

developmental programming of type 2 diabetes mellitus.

Nature

Reviews. Endocrinology

,

17

(4), 235

245.

https://doi.org/10.1038/

s41574-020-00464-z

Guillam, M. T., Dupraz, P., & Thorens, B. (2000). Glucose uptake, utiliza-

tion, and signaling in GLUT2-null islets.

Diabetes

,

49

(9), 1485

1491.

https://doi.org/10.2337/diabetes.49.9.1485

Harlé, G., Kaminski, S., Dubayle, D., Frippiat, J. P., & Ropars, A. (2018).

Murine splenic B cells express corticotropin-releasing hormone recep-

tor 2 that affect their viability during a stress response.

Scientific

Reports

,

8

(1), 143.

https://doi.org/10.1038/s41598-017-18401-y

Hauge-Evans, A. C., King, A. J., Carmignac, D., Richardson, C. C.,

Robinson, I. C. A. F., Low, M. J., Christie, M. R., Persaud, S. J., &

Jones, P. M. (2009). Somatostatin secreted by islet delta-cells fulfills

multiple roles as a paracrine regulator of islet function.

Diabetes

,

58

(2),

403

411.

https://doi.org/10.2337/db08-0792

He, Q. T., Xiao, P., Huang, S. M., Jia, Y. L., Zhu, Z. L., Lin, J. Y., Yang, F.,

Tao, X. N., Zhao, R. J., Gao, F. Y., Niu, X. G., Xiao, K. H., Wang, J.,

Jin,

C.,

Sun,

J.

P.,

&

Yu,

X.

(2021).

Structural

studies

of

phosphorylation-dependent interactions between the V2R receptor

and arrestin-2.

Nature Communications

,

12

(1), 2396.

https://doi.org/

10.1038/s41467-021-22731-x

Jamieson, P. M., Cleasby, M. E., Kuperman, Y., Morton, N. M.,

Kelly, P. A. T., Brownstein, D. G., Mustard, K. J., Vaughan, J. M.,

Carter, R. N., Hahn, C. N., Hardie, D. G., Seckl, J. R., Chen, A., &

Vale, W. W. (2011). Urocortin 3 transgenic mice exhibit a metabolically

favourable phenotype resisting obesity and hyperglycaemia on a high-

fat diet.

Diabetologia

,

54

(9), 2392

2403.

https://doi.org/10.1007/

s00125-011-2205-6

Karteris, E., Hillhouse, E. W., & Grammatopoulos, D. (2004). Urocortin II is

expressed in human pregnant myometrial cells and regulates myosin

light chain phosphorylation: Potential role of the type-2 corticotropin-

releasing hormone receptor in the control of myometrial contractility.

Endocrinology

,

145

(2), 890

900.

https://doi.org/10.1210/en.2003-

1210

Kidd, M., Modlin, I. M., Bodei, L., & Drozdov, I. (2015). Decoding the

molecular and mutational ambiguities of Gastroenteropancreatic neu-

roendocrine neoplasm pathobiology.

Cellular and Molecular Gastroen-

terology and Hepatology

,

1

(2), 131

153.

https://doi.org/10.1016/j.

jcmgh.2014.12.008

Li, C., Chen, P., Vaughan, J., Lee, K. F., & Vale, W. (2007). Urocortin 3 regu-

lates glucose-stimulated insulin secretion and energy homeostasis.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of

America

,

104

(10),

4206

4211.

https://doi.org/10.1073/pnas.

0611641104

20

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

Li, Q., Cui, M., Yang, F., Li, N., Jiang, B., Yu, Z., Zhang, D., Wang, Y., Zhu, X.,

Hu, H., Li, P. S., Ning, S. L., Wang, S., Qi, H., Song, H., He, D., Lin, A.,

Zhang, J., Liu, F.,

Yu, X. (2017). A cullin 4B-RING E3 ligase complex

fine-tunes pancreatic delta cell paracrine interactions.

The Journal of

Clinical Investigation

,

127

(7), 2631

2646.

https://doi.org/10.1172/

JCI91348

Lilley, E., Stanford, S. C., Kendall, D. E., Alexander, S. P., Cirino, G.,

Docherty, J. R., George, C. H., Insel, P. A., Izzo, A. A., Ji, Y.,

Panettieri, R. A., Sobey, C. G., Stefanska, B., Stephens, G., Teixeira, M.,

Ahluwalia, A. (2020). ARRIVE 2.0 and the

British Journal of Pharma-

cology

: Updated guidance for 2020.

British Journal of Pharmacology

,

177

(16), 3611

3616.

https://doi.org/10.1111/bph.15178

Lin, J. Y., Cheng, J., du, Y. Q., Pan, W., Zhang, Z., Wang, J., An, J., Yang, F.,

Xu, Y. F., Lin, H., An, W. T., Wang, J., Yang, Z., Chai, R. J., Sha, X. Y.,

Hu, H. L., Sun, J. P., & Yu, X. (2020). In vitro expansion of pancreatic

islet clusters facilitated by hormones and chemicals.

Cell Discovery

,

6

,

20.

https://doi.org/10.1038/s41421-020-0159-x

Liu, C. H., Gong, Z., Liang, Z. L., Liu, Z. X., Yang, F., Sun, Y. J., Ma, M. L.,

Wang, Y. J., Ji, C. R., Wang, Y. H., Wang, M. J., Cui, F. A., Lin, A.,

Zheng, W. S., He, D. F., Qu, C. X., Xiao, P., Liu, C. Y., Thomsen, A. R. B.,

Sun, J. P. (2017). Arrestin-biased AT1R agonism induces acute cate-

cholamine secretion through TRPC3 coupling.

Nature Communications

,

8

, 14335.

https://doi.org/10.1038/ncomms14335

Low, B. S. J., Lim, C. S., Ding, S. S. L., Tan, Y. S., Ng, N. H. J.,

Krishnan, V. G., Ang, S. F., Neo, C. W. Y., Verma, C. S., Hoon, S.,

Lim, S. C., Tai, E. S., & Teo, A. K. K. (2021). Decreased GLUT2 and glu-

cose uptake contribute to insulin secretion defects in MODY3/HNF1A

hiPSC-derived mutant

β

cells.

Nature Communications

,

12

(1), 3133.

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22843-4

Ma, S., Shen, Q., Zhao, L. H., Mao, C., Zhou, X. E., Shen, D. D., de

Waal, P. W., Bi, P., Li, C., Jiang, Y., Wang, M. W., Sexton, P. M.,

Wootten, D., Melcher, K., Zhang, Y., & Xu, H. E. (2020). Molecular

basis for hormone recognition and activation of Corticotropin-

releasing factor receptors.

Molecular Cell

,

77

(3), 669

680.e4.

https://

doi.org/10.1016/j.molcel.2020.01.013

Malenczyk, K., Keimpema, E., Piscitelli, F., Calvigioni, D., Björklund, P.,

Mackie, K., di Marzo, V., Hökfelt, T. G. M., Dobrzyn, A., & Harkany, T.

(2015). Fetal endocannabinoids orchestrate the organization of pan-

creatic islet microarchitecture.

Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America

,

112

(45), E6185

E6194.

https://doi.org/10.1073/pnas.1519040112

Mao, C., Xiao, P., Tao, X. N., Qin, J., He, Q. T., Zhang, C., Guo, S. C.,

du, Y. Q., Chen, L. N., Shen, D. D., Yang, Z. S., Zhang, H. Q.,

Huang, S. M., He, Y. H., Cheng, J., Zhong, Y. N., Shang, P., Chen, J.,

Zhang, D. L.,

Sun, J. P. (2023). Unsaturated bond recognition leads

to biased signal in a fatty acid receptor.

Science

,

380

(6640), eadd6220.

https://doi.org/10.1126/science.add6220

Masters, S. L., Dunne, A., Subramanian, S. L., Hull, R. L., Tannahill, G. M.,

Sharp, F. A., Becker, C., Franchi, L., Yoshihara, E., Chen, Z.,

Mullooly, N., Mielke, L. A., Harris, J., Coll, R. C., Mills, K. H. G.,

Mok, K. H., Newsholme, P., Nuñez, G., Yodoi, J.,

O'Neill, L. A. J.

(2010). Activation of the NLRP3 inflammasome by islet amyloid poly-

peptide provides a mechanism for enhanced IL-1beta in type 2 diabe-

tes.

Nature Immunology

,

11

(10), 897

904.

https://doi.org/10.1038/ni.

1935

Percie du Sert, N., Hurst, V., Ahluwalia, A., Alam, S., Avey, M. T., Baker, M.,

Browne, W. J., Clark, A., Cuthill, I. C., Dirnagl, U., Emerson, M.,

Garner, P., Holgate, S. T., Howells, D. W., Karp, N. A., Lazic, S. E.,

Lidster, K., MacCallum, C. J., Macleod, M.,

Würbel, H. (2020). The

ARRIVE guidelines 2.0: Updated guidelines for reporting animal

research.

PLoS Biology

,

18

(7), e3000410.

https://doi.org/10.1371/

journal.pbio.3000410

Perry, R. J., Peng, L., Barry, N. A., Cline, G. W., Zhang, D., Cardone, R. L.,

Petersen, K. F., Kibbey, R. G., Goodman, A. L., & Shulman, G. I. (2016).

Acetate mediates a microbiome-brain-beta-cell axis to promote

metabolic syndrome.

Nature

,

534

(7606), 213

217.

https://doi.org/10.

1038/nature18309

Rodriguez-Diaz, R., Dando, R., Jacques-Silva, M. C., Fachado, A., Molina, J.,

Abdulreda, M. H., Ricordi, C., Roper, S. D., Berggren, P. O., &

Caicedo, A. (2011). Alpha cells secrete acetylcholine as a non-neuronal

paracrine signal priming beta cell function in humans.

Nature Medicine

,

17

(7), 888

892.

https://doi.org/10.1038/nm.2371

Rorsman, P., & Huising, M. O. (2018). The somatostatin-secreting pancre-

atic

δ

-cell in health and disease.

Nature Reviews. Endocrinology

,

14

(7),

404

414.

https://doi.org/10.1038/s41574-018-0020-6

Russ, H. A., Parent, A. V., Ringler, J. J., Hennings, T. G., Nair, G. G.,

Shveygert, M., Guo, T., Puri, S., Haataja, L., Cirulli, V., Blelloch, R.,

Szot, G. L., Arvan, P., & Hebrok, M. (2015). Controlled induction of

human pancreatic progenitors produces functional beta-like cells

in vitro.

The EMBO Journal

,

34

(13), 1759

1772.

https://doi.org/10.

15252/embj.201591058

Segerstolpe,

Å.,

Palasantza,

A.,

Eliasson,

P.,

Andersson,

E.

M.,

Andréasson, A. C., Sun, X., Picelli, S., Sabirsh, A., Clausen, M.,

Bjursell, M. K., Smith, D. M., Kasper, M., Ämmälä, C., & Sandberg, R.

(2016). Single-cell transcriptome profiling of human pancreatic islets in

health and type 2 diabetes.

Cell Metabolism

,

24

(4), 593

607.

https://

doi.org/10.1016/j.cmet.2016.08.020

Strachan, R. T., Sun, J. P., Rominger, D. H., Violin, J. D., Ahn, S., Rojas Bie

Thomsen, A., Zhu, X., Kleist, A., Costa, T., & Lefkowitz, R. J. (2014).

Divergent transducer-specific molecular efficacies generate biased

agonism at a G protein-coupled receptor (GPCR).

The Journal of Biolog-

ical Chemistry

,

289

(20), 14211

14224.

https://doi.org/10.1074/jbc.

M114.548131

Thorens, B., Guillam, M. T., Beermann, F., Burcelin, R., & Jaquet, M. (2000).

Transgenic reexpression of GLUT1 or GLUT2 in pancreatic beta cells

rescues GLUT2-null mice from early death and restores normal glucose-

stimulated insulin secretion.

The Journal of Biological Chemistry

,

275

(31),

23751

23758.

https://doi.org/10.1074/jbc.M002908200

Unger, R. H., & Orci, L. (2010). Paracrinology of islets and the paracrinopa-

thy of diabetes.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the

United States of America

,

107

(37), 16009

16012.

https://doi.org/10.

1073/pnas.1006639107

Vallejo, M., Penchuk, L., & Habener, J. F. (1992). Somatostatin gene

upstream enhancer element activated by a protein complex consisting

of CREB, Isl-1-like, and alpha-CBF-like transcription factors.

The Jour-

nal of Biological Chemistry

,

267

(18), 12876

12884.

https://doi.org/10.

1016/S0021-9258(18)42357-5

van der Meulen, T., Donaldson, C. J., Cáceres, E., Hunter, A. E., Cowing-

Zitron, C., Pound, L. D., Adams, M. W., Zembrzycki, A., Grove, K. L., &

Huising, M. O. (2015). Urocortin3 mediates somatostatin-dependent

negative feedback control of insulin secretion.

Nature Medicine

,

21

(7),

769

776.

https://doi.org/10.1038/nm.3872

Wang, H. M., Dong, J. H., Li, Q., Hu, Q., Ning, S. L., Zheng, W., Cui, M.,

Chen, T. S., Xie, X., Sun, J. P., & Yu, X. (2014). A stress response path-

way in mice upregulates somatostatin level and transcription in pan-

creatic delta cells through Gs and

β

-arrestin 1.

Diabetologia

,

57

(9),

1899

1910.

https://doi.org/10.1007/s00125-014-3290-0

Xiao, P., Guo, S., Wen, X., He, Q. T., Lin, H., Huang, S. M., Gou, L.,

Zhang, C., Yang, Z., Zhong, Y. N., Yang, C. C., Li, Y., Gong, Z.,

Tao, X. N., Yang, Z. S., Lu, Y., Li, S. L., He, J. Y., Wang, C.,

Yu, X.

(2022). Tethered peptide activation mechanism of the adhesion

GPCRs ADGRG2 and ADGRG4.

Nature

,

604

(7907), 771

778.

https://

doi.org/10.1038/s41586-022-04590-8

Xiao, P., Yan, W., Gou, L., Zhong, Y. N., Kong, L., Wu, C., Wen, X., Yuan, Y.,

Cao, S., Qu, C., Yang, X., Yang, C. C., Xia, A., Hu, Z., Zhang, Q.,

He, Y. H., Zhang, D. L., Zhang, C., Hou, G. H.,

Shao, Z. (2021). Ligand

recognition and allosteric regulation of DRD1-Gs signaling complexes.

Cell

,

184

(4), 943

956.e18.

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.028

Xiong, Y., Qu, Z., Chen, N., Gong, H., Song, M., Chen, X., du, J., & Xu, C.

(2014). The local corticotropin-releasing hormone receptor 2 signalling

WANG

ET AL

.

21

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License

British J Pharmacology - 2024 - Wang - Differential contributions of G protein‐ or arrestin subtype‐mediated signalling-html.html
background image

pathway partly mediates hypoxia-induced increases in lipolysis via the

cAMP-protein kinase a signalling pathway in white adipose tissue.

Molecular and Cellular Endocrinology

,

392

(1

2), 106

114.

https://doi.

org/10.1016/j.mce.2014.05.012

Yang, F., Guo, L., Li, Y., Wang, G., Wang, J., Zhang, C., Fang, G. X., Chen, X.,

Liu, L., Yan, X., Liu, Q., Qu, C., Xu, Y., Xiao, P., Zhu, Z., Li, Z., Zhou, J.,

Yu, X., Gao, N., & Sun, J. P. (2021). Structure, function and pharmacol-

ogy of human itch receptor complexes.

Nature

,

600

(7887), 164

169.

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04077-y

Yang, F., Mao, C., Guo, L., Lin, J., Ming, Q., Xiao, P., Wu, X., Shen, Q.,

Guo, S., Shen, D. D., Lu, R., Zhang, L., Huang, S., Ping, Y., Zhang, C.,

Ma, C., Zhang, K., Liang, X., Shen, Y.,

Zhang, Y. (2020). Structural

basis of GPBAR activation and bile acid recognition.

Nature

,

587

(7834), 499

504.

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2569-1

Yang, F., Yu, X., Liu, C., Qu, C. X., Gong, Z., Liu, H. D., Li, F. H.,

Wang, H. M., He, D. F., Yi, F., Song, C., Tian, C. L., Xiao, K. H.,

Wang, J. Y., & Sun, J. P. (2015). Phospho-selective mechanisms of

arrestin conformations and functions revealed by unnatural amino acid

incorporation and (19)F-NMR.

Nature Communications

,

6

, 8202.

https://doi.org/10.1038/ncomms9202

Ying, W., Fu, W., Lee, Y. S., & Olefsky, J. M. (2020). The role of macro-

phages in obesity-associated islet inflammation and beta-cell abnor-

malities.

Nature Reviews. Endocrinology

,

16

(2), 81

90.

https://doi.org/

10.1038/s41574-019-0286-3

Zhang, D. L., Sun, Y. J., Ma, M. L., Wang, Y. J., Lin, H., Li, R. R., Liang, Z. L.,

Gao, Y., Yang, Z., He, D. F., Lin, A., Mo, H., Lu, Y. J., Li, M. J., Kong, W.,

Chung, K. Y., Yi, F., Li, J. Y., Qin, Y. Y.,

Sun, J. P. (2018). Gq activity-

and beta-arrestin-1 scaffolding-mediated ADGRG2/CFTR coupling are

required for male fertility.

eLife

,

7

, 7.

https://doi.org/10.7554/eLife.

33432

Zhao, L. H., Lin, J., Ji, S. Y., Zhou, X. E., Mao, C., Shen, D. D., He, X.,

Xiao, P., Sun, J., Melcher, K., Zhang, Y., Yu, X., & Xu, H. E. (2022).

Structure insights into selective coupling of G protein subtypes by a

class B G protein-coupled receptor.

Nature Communications

,

13

(1),

6670.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33851-3

Zhou, Q., Brown, J., Kanarek, A., Rajagopal, J., & Melton, D. A. (2008). In

vivo reprogramming of adult pancreatic exocrine cells to beta-cells.

Nature

,

455

(7213), 627

632.

https://doi.org/10.1038/nature07314

S U P P O R T I N G I N F O R M A T I O N

Additional supporting information can be found online in the Support-

ing Information section at the end of this article.

How to cite this article:

Wang, K.-Y., Gao, M.-X., Qi, H.-B., An,

W., Lin, J.-Y., Ning, S.-L., Yang, F., Xiao, P., Cheng, J., Pan, W.,

Cheng, Q., Wang, J., Fang, L., Sun, J.-P., & Yu, X. (2024).

Differential contributions of G protein- or arrestin

subtype-mediated signalling underlie urocortin 3-induced

somatostatin secretion in pancreatic

δ

cells.

British Journal of

Pharmacology

, 1

22.

https://doi.org/10.1111/bph.16351

22

WANG

ET AL

.

 14765381, 0, Downloaded from https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.16351 by University Of California, Wiley Online Library on [17/04/2024]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License