Hvad driver insulinresistens? Proteomics afslører vigtige veje i menneskelig skeletmuskulatur

Hvad driver insulinresistens? Proteomics afslører vigtige veje i menneskelig skeletmuskulatur

Ved at forstå, hvordan fastende muskelproteiner signalerer insulinresistens, baner denne undersøgelse vejen for personlig type 2-diabetesbehandling baseret på individuelle molekylære profiler.

​​​​​​​Studere:Personlige molekylære signaturer af insulinresistens og type 2 diabetes. Fotokredit: Mikrogen/Shutterstock.com

En undersøgelse for nylig offentliggjort i tidsskriftetcellebrugt state-of-the-art proteomisk teknologi til at kortlægge de molekylære signaturer af insulinresistens hos patienter med diabetes.

Forståelse af heterogenitet i type 2-diabetes

Type 2-diabetes (T2D) er en hastigt voksende stofskiftesygdom, der er karakteriseret på verdensplan af forhøjede blodsukkerniveauer under faste eller efter indtagelse af mad.

T2D er også forbundet med perifer insulinresistens, der påvirker skeletmuskulatur, lever og fedtvæv. En nylig undersøgelse dokumenterede, at over 500 millioner mennesker verden over lever med T2D.

Genetiske og miljømæssige faktorer påvirker den heterogene patogenese af T2D. Undergruppestratificering og dyb fænotypning muliggjorde identifikation af forskellige T2D-klynger forbundet med forskellige kliniske resultater.

Dette fund fremhæver behovet for at overveje kontinuerlig variation i metabolisk funktion ved diagnosticering og behandling af patienter, da traditionelle diagnostiske kategorier (såsom T2D eller normal glukosetolerance) muligvis ikke fuldt ud fanger den underliggende biologi.

Tidligere undersøgelser har vist, at skeletmuskulatur er det primære væv forbundet med insulinstimuleret glukoseoptagelse og det vigtigste sted for insulinresistens i T2D.

Ukorrekt insulinstimuleret glukoseoptagelse kan skyldes en post-receptor defekt, såsom: Det reducerer mængden af ​​signalmolekyler eller glukosetransportører under normale forhold.

En omfattende systemdækkende vurdering er nødvendig for at udvikle personaliserede behandlinger for at identificere individuelle insulinsignaleringsforskelle, der bidrager til T2D-heterogenitet.

Selvom massespektrometri-baseret proteomik er blevet betydeligt brugt i kræftforskning, har få proteomiske undersøgelser i relevante væv relateret til insulinresistens anvendt denne strategi.

Identifikation af forskellene i fænotypiske træk, proteom- og phosphoprotomsignaturer og differentielle reaktioner på miljøstimuli kunne hjælpe med at bestemme ændringer i kausative proteiner og veje. Disse oplysninger kan muliggøre udviklingen af ​​personlig medicin til T2D.

Om studiet

Den nuværende undersøgelse brugte proteomikteknologi og dybIn vivoFænotyping for at kortlægge diabetogene egenskaber baseret på proteinlandskabet hos normale og diabetiske individer.

Både mænd og kvinder med normal glucosetolerance (NGT) eller T2D blev rekrutteret. Alle deltagere blev matchet baseret på alder, køn, kropsmasseindeks (BMI) og rygestatus.

Enhver deltager, der har hypertension (over 160/100 mm Hg), aktivt bruger nikotin, diagnosticeret med hjerte-kar-sygdom (CVD) eller behandles med warfarin, insulin, kortikosteroider eller lithium.

Biopsiprøver blev taget fraVastus lateralisMuskulatur af kvalificerede deltagere før og under den hyperinsulinemiske-uglykæmiske klemme.

Denne tilgang muliggjorde identifikation af proteomiske og phosphoproteomiske molekylære signaturer hos individer i hurtig tilstand og dynamikken i akut insulinsignalering.

Det er bemærkelsesværdigt, at de fleste kvinder i undersøgelsen var post- eller peri-menopausale, hvilket kan påvirke de metaboliske sammenligninger.

Valideringskohorten blev opnået fra en tidligere offentliggjort undersøgelse for at bekræfte reproducerbarheden af ​​resultaterne.

Studie design

Opdagelseskohorten omfattede 77 deltagere og blev brugt til at bestemme det molekylære landskab af insulinresistens og type 2-diabetes (T2D). Af disse blev 34 deltagere diagnosticeret med T2D og 43 personer havde NGT.

En valideringskohorte blev udviklet for at validere resultaterne, bestående af 34 personer med T2D og 12 matchede deltagere, som udførte NGT.

Alle deltagere i hver kohorte gennemgik in vivo glykæmiske fænotyper, der viste forhøjede fastende glukose-, HOMA-IR- og fastende insulinniveauer hos individer med T2D. Nedsat hyperinsulinemisk-euglykæmisk klemme-afledte M-værdier demonstrerede nedsat insulinfølsomhed i hele kroppen.

Studieresultater

En signifikant heterogenitet i m-værdi for insulinfølsomhed blev observeret. Interessant nok viste nogle deltagere med T2D højere insulinfølsomhed end dem med normal glukosetolerance, og de trodsede konventionelle diagnostiske metoder og understøttede en præcisionsmedicinsk tilgang.

Eksperimentelle fund viste vigtigheden af ​​skeletmuskulatur, især phospho-signalering, i hele kroppens insulinfølsomhed.

Variation i det proteomiske landskab blev observeret inden for diagnostiske grupper. Stratificerede proteom-fænotype-associationer viste, at mitokondrielt proteinindhold var stærkt korreleret med hele kroppens insulinfølsomhed. Mitokondriel overflod var imidlertid ikke et unikt træk ved T2D-diagnose, hvilket tyder på, at det afspejler insulinfølsomhed snarere end sygdomsstatus.

Derudover implicerer undersøgelsen nye proteinnedbrydnings- og omsætningsveje, herunder proteasom- og ubiquitin-medieret proteolyse, samt Wnt og adrenerg signalering, som er negativt korreleret med insulinfølsomhed. Dette tyder på, at ændret proteinomsætning kan bidrage til insulinresistens.

I modsætning hertil var højere overflod af glykolytiske enzymer negativt korreleret med insulinfølsomhed.

Undersøgelsen fremhævede også, at forholdet mellem lactatdehydrogenaseisoformer (LDHA/LDHB) og de overordnede støkiometriske forhold mellem glykolytiske og oxidative phosphoryleringsproteiner gav yderligere indsigt i metabolisk variation via individuel proteinoverflod.

I alt 118 fosfositter var forbundet med insulinresistens i fastende tilstand sammenlignet med 66 fosfositter i insulinstimuleret tilstand alene. Uventet fandt undersøgelsen ud af, at phosphoproteomsignaturer af fastende tilstand forudsagde insulinfølsomhed endnu stærkere end dem i insulinstimuleret tilstand.

Berigelsesanalyse afslørede, at aktivering af C-Jun N-terminal kinase (JNK) og P38 familie kinaser var forbundet med insulinresistens. Derfor kan JNK-P38-vejen være en overvejende drivkraft for afvigende human skeletmuskelsignalering i insulinresistens.

Cellulære assays bestemte også rollen for MAP kinase-aktiveret proteinkinase 2 (MAPKAPK2) som en opstrøms regulator af AMPKy. 3 S65, som er afgørende for regulering af skeletmuskulaturens insulinfølsomhed.

AMPKy3-S65-stedet viste sig at være unikt hos mennesker og stærkt korreleret med insulinresistens, hvilket tyder på, at det kan tjene som en human-specifik markør eller terapeutisk mål.

Den aktuelle undersøgelse demonstrerede den komplekse karakter af dysregulerede signalveje i insulinresistens. Det er vigtigt, at forskerne fandt ud af, at selvom der var svækkelse af visse signalveje, forblev andre komponenter såsom Akt og nogle af dets nedstrømssubstrater funktionelle selv hos meget insulinresistente individer, hvilket viser, at insulinresistens ikke påvirker alle signalknuder lige meget.

Undersøgelsen observerede tydelige kønsforskelle i proteomet og phosphoprotomet. Imidlertid forblev de molekylære signaturer af insulinresistens stort set ens mellem mænd og kvinder.

Mens mænd viste højere ekspression af proteiner relateret til glukosemetabolisme, viste kvinder højere ekspression af proteiner relateret til lipidmetabolisme. Forskelle i kinaseaktivitet dukkede dog også op, såsom: B. CAMK2 og mTOR-signalering. Dette fremhæver relevansen af ​​køn som en biologisk variabel.

På trods af disse forskelle blev signalsignaturer forbundet med insulinresistens stort set bevaret på tværs af køn.

restriktioner

Forfatterne bemærker, at undersøgelsens kliniske forskningsdesign identificerede sammenhænge snarere end årsagsmekanismer. Heterogeniteten af ​​type 2-diabetes tilføjer kompleksitet, og prøven er muligvis ikke komplet af alle T2D-fænotyper eller demografisk diversitet.

Størstedelen af ​​kvinder var post- eller peri-menopausale, og potentielle forstyrrende faktorer såsom kost og medicin blev ikke kontrolleret grundigt. Yderligere undersøgelser, især vedrørende AMPKy3-S65-stedets funktionelle rolle, er påkrævet.

Konklusioner

Den aktuelle undersøgelse identificerede de vigtigste molekylære veje forbundet med insulinresistens. Skeletmuskulaturens molekylære signatur var stærkt forbundet med kliniske markører for insulinfølsomhed end med fastende glukosekontrol.

Proteom- og phosphoprotomsignaturerne af fastende skeletmuskler blev identificeret som signifikante determinanter for hele kroppens insulinfølsomhed.

Selektive komponenter af insulinsignalering såsom Akt-substrater forblev til stede selv hos insulinresistente patienter. Dette tyder på, at insulinresistens ikke påvirker alle signalveje lige meget.

Undersøgelsen understøtter behovet for at bevæge sig ud over kategoriske diagnostiske grupperinger og i stedet fokusere på individualiserede, mekanistisk informerede strategier for T2D-pleje.

Fremtidig forskning skal overveje heterogeniteten i T2D blandt patienter og fokusere på at udvikle skræddersyede strategier for T2D-behandling.

Kilder: