Co řídí inzulínovou rezistenci? Proteomika odhaluje klíčové cesty v lidském kosterním svalstvu

Co řídí inzulínovou rezistenci? Proteomika odhaluje klíčové cesty v lidském kosterním svalstvu

Díky pochopení toho, jak svalové proteiny nalačno signalizují inzulínovou rezistenci, tato studie připravuje cestu pro personalizovanou léčbu diabetu 2. typu na základě individuálních molekulárních profilů.

​​​​​​​​Studie:Personalizované molekulární podpisy inzulínové rezistence a diabetu 2. Fotografický kredit: Mikrogen/Shutterstock.com

Studie nedávno zveřejněná v časopisebuňkapoužila nejmodernější proteomickou technologii k mapování molekulárních signatur inzulinové rezistence u pacientů s diabetem.

Pochopení heterogenity u diabetu 2. typu

Diabetes typu 2 (T2D) je rychle rostoucí metabolické onemocnění charakterizované celosvětově zvýšenou hladinou glukózy v krvi během půstu nebo po konzumaci jídla.

T2D je také spojena s periferní inzulínovou rezistencí, postihující kosterní svalstvo, játra a tukovou tkáň. Nedávná studie zdokumentovala, že více než 500 milionů lidí na celém světě žije s T2D.

Genetické a environmentální faktory ovlivňují heterogenní patogenezi T2D. Stratifikace podskupin a hloubkové fenotypování umožnily identifikaci odlišných shluků T2D spojených s různými klinickými výsledky.

Toto zjištění zdůrazňuje potřebu zvažovat kontinuální variace metabolických funkcí při diagnostice a léčbě pacientů, protože tradiční diagnostické kategorie (jako je T2D nebo normální glukózová tolerance) nemusí plně zachytit základní biologii.

Předchozí studie ukázaly, že kosterní svalstvo je primární tkání spojenou s inzulinem stimulovaným vychytáváním glukózy a hlavním místem inzulinové rezistence u T2D.

Nesprávné vychytávání glukózy stimulované inzulínem může být způsobeno post-receptorovým defektem, jako například: Snižuje množství signálních molekul nebo transportérů glukózy za normálních podmínek.

K vývoji personalizovaných léčebných postupů k identifikaci individuálních rozdílů v signalizaci inzulínu, které přispívají k heterogenitě T2D, je zapotřebí komplexní hodnocení celého systému.

Ačkoli proteomika založená na hmotnostní spektrometrii byla významně využívána ve výzkumu rakoviny, jen málo proteomických studií v relevantních tkáních souvisejících s inzulinovou rezistencí tuto strategii použilo.

Identifikace rozdílů ve fenotypových rysech, proteomových a fosfoprotomových signaturách a rozdílných reakcích na podněty z prostředí by mohla pomoci určit změny v kauzativních proteinech a drahách. Tyto informace by mohly umožnit vývoj personalizované medicíny pro T2D.

O studiu

Současná studie používala proteomickou technologii a hlubokouIn vivoFenotypizace k mapování diabetogenních znaků na základě proteinové krajiny normálních a diabetických jedinců.

Byli přijati muži i ženy s normální glukózovou tolerancí (NGT) nebo T2D. Všichni účastníci byli porovnáni na základě věku, pohlaví, indexu tělesné hmotnosti (BMI) a kouření.

Všichni účastníci s hypertenzí (nad 160/100 mm Hg), aktivně užívající nikotin, s diagnózou kardiovaskulárního onemocnění (CVD) nebo léčeni warfarinem, inzulínem, kortikosteroidy nebo lithiem.

Vzorky biopsie byly získány zVastus lateralisSvalstvo způsobilých účastníků před a během hyperinzulinemicko-uglykemického clampu.

Tento přístup umožnil identifikaci proteomických a fosfoproteomických molekulárních signatur u jedinců v rychlém stavu a dynamiku akutní inzulínové signalizace.

Je pozoruhodné, že většina žen ve studii byla po menopauze nebo perimenopauze, což může ovlivnit metabolická srovnání.

Validační kohorta byla získána z dříve publikované studie k potvrzení reprodukovatelnosti výsledků.

Návrh studie

Kohorta objevů zahrnovala 77 účastníků a byla použita k určení molekulární krajiny inzulinové rezistence a diabetu 2. typu (T2D). Z toho u 34 účastníků byla diagnostikována T2D a 43 jedinců mělo NGT.

Pro ověření výsledků byla vyvinuta validační kohorta, skládající se z 34 jedinců s T2D a 12 odpovídajících účastníků, kteří prováděli NGT.

Všichni účastníci v každé kohortě podstoupili in vivo glykemické fenotypy, které prokázaly zvýšené hladiny glukózy nalačno, HOMA-IR a inzulinu nalačno u jedinců s T2D. Snížené hodnoty M odvozené od hyperinzulinemicko-euglykemického clampu prokázaly sníženou celotělovou citlivost na inzulín.

Výsledky studie

Byla pozorována významná heterogenita v m-hodnotě inzulínové senzitivity. Je zajímavé, že někteří účastníci s T2D vykazovali vyšší citlivost na inzulín než ti s normální glukózovou tolerancí, čímž se vzpírali konvenčním diagnostickým metodám a podporovali přístup precizní medicíny.

Experimentální poznatky prokázaly význam kosterního svalstva, zejména fosfo-signalizace, v celotělové inzulínové senzitivitě.

V rámci diagnostických skupin byly pozorovány variace v proteomické krajině. Stratifikované asociace proteom-fenotyp ukázaly, že obsah mitochondriálních proteinů vysoce koreloval s celotělovou citlivostí na inzulín. Hojnost mitochondrií však nebyla jedinečným rysem diagnostiky T2D, což naznačuje, že odráží citlivost na inzulín spíše než stav onemocnění.

Kromě toho studie implikuje nové cesty degradace a přeměny proteinů, včetně proteazomu a ubikvitinem zprostředkované proteolýzy, stejně jako Wnt a adrenergní signalizace, které negativně korelují s citlivostí na inzulín. To naznačuje, že změněný obrat bílkovin může přispívat k inzulínové rezistenci.

Naproti tomu vyšší abundance glykolytických enzymů negativně korelovala s citlivostí na inzulín.

Studie také zdůraznila, že poměr izoforem laktátdehydrogenázy (LDHA/LDHB) a celkové stechiometrické vztahy mezi glykolytickými a oxidativní fosforylačními proteiny poskytly další pohled na metabolické variace prostřednictvím individuálního množství proteinů.

Celkem 118 fosfozitů bylo spojeno s inzulinovou rezistencí ve stavu nalačno, ve srovnání s 66 fosfosity pouze ve stavu stimulovaném inzulínem. Studie neočekávaně zjistila, že fosfoproteomové signatury stavu nalačno předpovídaly citlivost na inzulín ještě silněji než ty ve stavu stimulovaném inzulínem.

Analýza obohacení odhalila, že aktivace C-Jun N-terminální kinázy (JNK) a kináz rodiny P38 byla spojena s inzulínovou rezistencí. Dráha JNK-P38 tedy může být převládající hnací silou aberantní signalizace lidského kosterního svalu při inzulínové rezistenci.

Buněčné testy také určily roli proteinkinázy 2 aktivované MAP kinázou (MAPKAPK2) jako upstream regulátoru AMPKy. 3 S65, který je rozhodující pro regulaci inzulínové senzitivity kosterního svalstva.

Bylo zjištěno, že místo AMPKy3-S65 je u lidí jedinečné a vysoce koreluje s inzulínovou rezistencí, což naznačuje, že může sloužit jako lidský specifický marker nebo terapeutický cíl.

Současná studie prokázala komplexní povahu dysregulovaných signálních drah u inzulínové rezistence. Důležité je, že vědci zjistili, že ačkoli došlo k poškození určitých signálních drah, další složky, jako je Akt a některé z jeho downstream substrátů, zůstaly funkční i u jedinců s vysokou inzulinorezistencí, což dokazuje, že inzulinová rezistence neovlivňuje všechny signální uzly stejně.

Studie pozorovala zřetelné genderové rozdíly v proteomu a fosfoprotomu. Molekulární znaky inzulinové rezistence však zůstaly mezi muži a ženami do značné míry podobné.

Zatímco muži vykazovali vyšší expresi proteinů souvisejících s metabolismem glukózy, ženy vykazovaly vyšší expresi proteinů souvisejících s metabolismem lipidů. Objevily se však také rozdíly v kinázové aktivitě, jako například: B. CAMK2 a mTOR signalizace. To zdůrazňuje význam sexu jako biologické proměnné.

Navzdory těmto rozdílům byly signální signatury spojené s inzulinovou rezistencí do značné míry zachovány napříč pohlavími.

omezení

Autoři poznamenávají, že návrh klinického výzkumu studie identifikoval spíše asociace než kauzální mechanismy. Heterogenita diabetu 2. typu zvyšuje složitost a vzorek však nemusí obsahovat všechny fenotypy T2D nebo demografickou rozmanitost.

Většina žen byla po menopauze nebo v perimenopauze a potenciální matoucí faktory, jako je dieta a léky, nebyly rozsáhle kontrolovány. Jsou vyžadovány další studie, zejména pokud jde o funkční roli místa AMPKy3-S65.

Závěry

Současná studie identifikovala klíčové molekulární dráhy spojené s inzulinovou rezistencí. Molekulární podpis kosterního svalstva byl silně spojen s klinickými markery citlivosti na inzulín než s kontrolou glukózy nalačno.

Proteomové a fosfoprotomové signatury kosterního svalstva nalačno byly identifikovány jako významné determinanty celotělové inzulínové senzitivity.

Selektivní složky inzulínové signalizace, jako jsou substráty Akt, zůstaly přítomny i u pacientů s rezistencí na inzulín. To naznačuje, že inzulinová rezistence neovlivňuje všechny signální dráhy stejně.

Studie podporuje potřebu posunout se za kategorická diagnostická seskupení a místo toho se zaměřit na individualizované, mechanicky informované strategie péče o T2D.

Budoucí výzkum musí vzít v úvahu heterogenitu v T2D mezi pacienty a zaměřit se na vývoj přizpůsobených strategií pro léčbu T2D.

Zdroje: