Mikä aiheuttaa insuliiniresistenssiä? Proteomiikka paljastaa tärkeimmät reitit ihmisen luustolihaksessa

Mikä aiheuttaa insuliiniresistenssiä? Proteomiikka paljastaa tärkeimmät reitit ihmisen luustolihaksessa

Ymmärtämällä, kuinka paastolihasproteiinit viestivät insuliiniresistenssistä, tämä tutkimus tasoittaa tietä yksilöllisille tyypin 2 diabeteksen hoidoille, jotka perustuvat yksittäisiin molekyyliprofiileihin.

​​​​​​​Tutkimus:Henkilökohtaiset molekyyliset allekirjoitukset insuliiniresistenssistä ja tyypin 2 diabeteksesta. Kuvan luotto: Mikrogen/Shutterstock.com

Hiljattain lehdessä julkaistu tutkimussolukäytti uusinta proteomitekniikkaa kartoittaakseen insuliiniresistenssin molekyylimerkkejä diabeetikoilla.

Tyypin 2 diabeteksen heterogeenisyyden ymmärtäminen

Tyypin 2 diabetes (T2D) on nopeasti kasvava aineenvaihduntasairaus, jolle on tunnusomaista maailmanlaajuisesti kohonnut verensokeri paaston aikana tai ruokailun jälkeen.

T2D liittyy myös perifeeriseen insuliiniresistenssiin, mikä vaikuttaa luustolihakseen, maksaan ja rasvakudokseen. Äskettäinen tutkimus dokumentoi, että yli 500 miljoonaa ihmistä ympäri maailmaa elää T2D:n kanssa.

Geneettiset ja ympäristötekijät vaikuttavat T2D:n heterogeeniseen patogeneesiin. Alaryhmien kerrostuminen ja syvä fenotyypitys mahdollistivat erillisten T2D-klustereiden tunnistamisen, jotka liittyvät erilaisiin kliinisiin tuloksiin.

Tämä havainto korostaa tarvetta harkita jatkuvaa vaihtelua aineenvaihdunnassa potilaita diagnosoitaessa ja hoidettaessa, koska perinteiset diagnostiset kategoriat (kuten T2D tai normaali glukoositoleranssi) eivät välttämättä kata täysin taustalla olevaa biologiaa.

Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että luustolihas on ensisijainen kudos, joka liittyy insuliinin stimuloimaan glukoosin imeytymiseen, ja pääasiallinen insuliiniresistenssin kohta T2D:ssä.

Virheellinen insuliinin stimuloima glukoosinotto voi johtua reseptorin jälkeisestä viasta, kuten: Se vähentää signalointimolekyylien tai glukoosinkuljettajien määrää normaaleissa olosuhteissa.

Kattava koko järjestelmän kattava arviointi tarvitaan yksilöllisten hoitojen kehittämiseksi yksilöllisten insuliinisignaalien erojen tunnistamiseksi, jotka vaikuttavat T2D-heterogeenisyyteen.

Vaikka massaspektrometriaan perustuvaa proteomiikkaa on hyödynnetty merkittävästi syöpätutkimuksessa, harvat insuliiniresistenssiin liittyvien kudosten proteomitutkimukset ovat käyttäneet tätä strategiaa.

Fenotyyppisten ominaisuuksien, proteomien ja fosfoprotomien allekirjoitusten ja erilaisten vasteiden tunnistaminen ympäristön ärsykkeisiin voi auttaa määrittämään muutoksia aiheuttavissa proteiineissa ja reiteissä. Nämä tiedot voivat mahdollistaa yksilöllisen lääketieteen kehittämisen T2D:hen.

Tietoja tutkimuksesta

Nykyisessä tutkimuksessa käytettiin proteomiikkateknologiaa ja syvääIn vivoFenotyypitys diabetogeenisten piirteiden kartoittamiseksi normaalien ja diabeettisten yksilöiden proteiinimaiseman perusteella.

Sekä miehiä että naisia, joilla oli normaali glukoositoleranssi (NGT) tai T2D, otettiin mukaan. Kaikki osallistujat vertailtiin iän, sukupuolen, painoindeksin (BMI) ja tupakoinnin perusteella.

Jokainen osallistuja, jolla on verenpainetauti (yli 160/100 mmHg), joka käyttää aktiivisesti nikotiinia, jolla on diagnosoitu sydän- ja verisuonisairaus (CVD) tai jota hoidetaan varfariinilla, insuliinilla, kortikosteroideilla tai litiumilla.

Biopsianäytteet otettiinVastus lateralisSoveltuvien osallistujien lihakset ennen hyperinsulinemis-uglykeemistä puristusta ja sen aikana.

Tämä lähestymistapa mahdollisti proteomisten ja fosfoproteomisten molekyylien allekirjoitusten tunnistamisen nopeassa tilassa olevissa yksilöissä ja akuutin insuliinisignaloinnin dynamiikan.

On huomionarvoista, että useimmat tutkimukseen osallistuneet naiset olivat post- tai perimenopausaalisilla, mikä saattaa vaikuttaa aineenvaihduntavertailuihin.

Validointikohortti saatiin aiemmin julkaistusta tutkimuksesta tulosten toistettavuuden vahvistamiseksi.

Opintojen suunnittelu

Löytökohorttiin kuului 77 osallistujaa, ja sitä käytettiin insuliiniresistenssin ja tyypin 2 diabeteksen (T2D) molekyylimaiseman määrittämiseen. Näistä 34 osallistujalla diagnosoitiin T2D ja 43 henkilöllä oli NGT.

Tulosten validoimiseksi kehitettiin validointikohortti, joka koostui 34 T2D-potilaasta ja 12 vastaavasta osallistujasta, jotka suorittivat NGT:n.

Kaikille kunkin kohortin osallistujille tehtiin in vivo glykeemiset fenotyypit, jotka osoittivat kohonneita paastoglukoosi-, HOMA-IR- ja paastoinsuliinitasoja T2D-potilailla. Hyperinsulinemis-euglykeemisistä puristimista johdetut M-arvot osoittivat heikentyneen koko kehon insuliiniherkkyyden.

Tutkimustulokset

Insuliiniherkkyyden m-arvossa havaittiin merkittävä heterogeenisuus. Mielenkiintoista on, että joillakin T2D-potilailla oli korkeampi insuliiniherkkyys kuin niillä, joilla oli normaali glukoosinsietokyky, mikä uhmasi tavanomaisia ​​diagnostisia menetelmiä ja tuki tarkkuuslääketieteen lähestymistapaa.

Kokeelliset havainnot osoittivat luurankolihasten, erityisesti fosfosignaalien, merkityksen koko kehon insuliiniherkkyydelle.

Proteomisen maiseman vaihtelua havaittiin diagnostisten ryhmien sisällä. Kerrostetut proteomi-fenotyyppiyhdistykset osoittivat, että mitokondrioiden proteiinipitoisuus korreloi voimakkaasti koko kehon insuliiniherkkyyden kanssa. Mitokondrioiden runsaus ei kuitenkaan ollut T2D-diagnoosin ainutlaatuinen piirre, mikä viittaa siihen, että se heijastaa insuliiniherkkyyttä eikä sairauden tilaa.

Lisäksi tutkimukseen liittyy uusia proteiinien hajoamis- ja vaihtuvuusreittejä, mukaan lukien proteasomi- ja ubikitiinivälitteinen proteolyysi sekä Wnt- ja adrenerginen signalointi, jotka korreloivat negatiivisesti insuliiniherkkyyden kanssa. Tämä viittaa siihen, että muuttunut proteiinin vaihtuvuus voi edistää insuliiniresistenssiä.

Sitä vastoin glykolyyttisten entsyymien suurempi määrä korreloi negatiivisesti insuliiniherkkyyden kanssa.

Tutkimus korosti myös, että laktaattidehydrogenaasin isoformien (LDHA/LDHB) suhde ja glykolyyttisten ja oksidatiivisten fosforylaatioproteiinien väliset stoikiometriset suhteet antoivat lisätietoa aineenvaihdunnan vaihtelusta yksittäisten proteiinien runsauden kautta.

Yhteensä 118 fosfosiittia liittyi insuliiniresistenssiin paastotilassa, kun taas 66 fosfosiittia pelkässä insuliinistimuloidussa tilassa. Yllättäen tutkimuksessa havaittiin, että paastotilan fosfoproteomien allekirjoitukset ennustivat insuliiniherkkyyttä jopa voimakkaammin kuin insuliinistimuloidussa tilassa olevat.

Rikastusanalyysi paljasti, että C-Jun N-terminaalisen kinaasin (JNK) ja P38-perheen kinaasien aktivaatio liittyi insuliiniresistenssiin. Siksi JNK-P38-reitti voi olla hallitseva tekijä ihmisen luustolihasten poikkeavissa signaloinnissa insuliiniresistenssissä.

Solumääritykset määrittelivät myös MAP-kinaasiaktivoidun proteiinikinaasi 2:n (MAPKAPK2) roolin AMPKy:n ylävirran säätelijänä. 3 S65, joka on ratkaisevan tärkeä luurankolihasten insuliiniherkkyyden säätelyssä.

AMPKγ3-S65-kohdan havaittiin olevan ainutlaatuinen ihmisillä ja korreloi voimakkaasti insuliiniresistenssin kanssa, mikä viittaa siihen, että se voi toimia ihmisspesifisenä markkerina tai terapeuttisena kohteena.

Nykyinen tutkimus osoitti insuliiniresistenssin säätelemättömien signalointireittien monimutkaisen luonteen. Tärkeää on, että tutkijat havaitsivat, että vaikka tietyissä signalointireiteissä oli heikentymistä, muut komponentit, kuten Akt ja jotkin sen alavirran substraatit, säilyivät toimivina jopa erittäin insuliiniresistenteillä henkilöillä, mikä osoittaa, että insuliiniresistenssi ei vaikuta kaikkiin signalointisolmuihin samalla tavalla.

Tutkimuksessa havaittiin selkeitä sukupuolten välisiä eroja proteomissa ja fosfoprotomissa. Insuliiniresistenssin molekyyliset allekirjoitukset pysyivät kuitenkin suurelta osin samanlaisina miesten ja naisten välillä.

Miehillä oli korkeampi glukoosin aineenvaihduntaan liittyvien proteiinien ekspressio, kun taas naiset osoittivat korkeampaa lipidimetaboliaan liittyvien proteiinien ekspressiota. Kuitenkin eroja ilmeni myös kinaasiaktiivisuudessa, kuten: B. CAMK2- ja mTOR-signalointi. Tämä korostaa seksin merkitystä biologisena muuttujana.

Näistä eroista huolimatta insuliiniresistenssiin liittyvät signaalimerkit säilyivät suurelta osin sukupuolten välillä.

rajoituksia

Kirjoittajat huomauttavat, että tutkimuksen kliinisen tutkimuksen suunnittelussa tunnistettiin pikemminkin assosiaatioita kuin kausaalisia mekanismeja. Tyypin 2 diabeteksen heterogeenisuus lisää monimutkaisuutta, eikä näyte kuitenkaan välttämättä ole täydellinen kaikista T2D-fenotyypeistä tai demografisesta monimuotoisuudesta.

Suurin osa naisista oli post- tai perimenopausaalisilla, eikä mahdollisia häiritseviä tekijöitä, kuten ruokavaliota ja lääkkeitä, valvottu laajasti. Tarvitaan lisätutkimuksia erityisesti AMPKy3-S65-kohdan toiminnallisesta roolista.

Johtopäätökset

Nykyisessä tutkimuksessa tunnistettiin insuliiniresistenssiin liittyvät keskeiset molekyylireitit. Luustolihasten molekyylirakenne liittyi vahvasti insuliiniherkkyyden kliinisiin markkereihin kuin paastoglukoosikontrolliin.

Paastolihasten proteomi- ja fosfoprotomimerkit tunnistettiin merkittäviksi koko kehon insuliiniherkkyyden määrääviksi tekijöiksi.

Selektiiviset insuliinisignaloinnin komponentit, kuten Akt-substraatit, pysyivät läsnä jopa insuliiniresistenteillä potilailla. Tämä viittaa siihen, että insuliiniresistenssi ei vaikuta kaikkiin signalointireitteihin samalla tavalla.

Tutkimus tukee tarvetta siirtyä kategorisista diagnostisista ryhmittelyistä pidemmälle ja keskittyä sen sijaan yksilöllisiin, mekaanisesti tietoihin perustuviin T2D-hoidon strategioihin.

Tulevassa tutkimuksessa on otettava huomioon T2D:n heterogeenisuus potilaiden välillä ja keskityttävä kehittämään räätälöityjä strategioita T2D-hoitoa varten.

Lähteet: