Cosa determina la resistenza all’insulina? La proteomica rivela percorsi chiave nel muscolo scheletrico umano

Cosa determina la resistenza all’insulina? La proteomica rivela percorsi chiave nel muscolo scheletrico umano

Comprendendo come le proteine ​​muscolari a digiuno segnalano la resistenza all’insulina, questo studio apre la strada a trattamenti personalizzati per il diabete di tipo 2 basati su profili molecolari individuali.

​​​​​​​​​​​​​​Studio:Firme molecolari personalizzate della resistenza all’insulina e del diabete di tipo 2. Credito fotografico: Mikrogen/Shutterstock.com

Uno studio recentemente pubblicato sulla rivistacellahanno utilizzato una tecnologia proteomica all’avanguardia per mappare le firme molecolari della resistenza all’insulina nei pazienti con diabete.

Comprendere l’eterogeneità nel diabete di tipo 2

Il diabete di tipo 2 (T2D) è una malattia metabolica in rapida crescita caratterizzata in tutto il mondo da elevati livelli di glucosio nel sangue durante il digiuno o dopo il consumo di cibo.

Il T2D è anche associato alla resistenza periferica all’insulina, che colpisce il muscolo scheletrico, il fegato e il tessuto adiposo. Uno studio recente ha documentato che oltre 500 milioni di persone in tutto il mondo convivono con il T2D.

Fattori genetici e ambientali influenzano la patogenesi eterogenea del T2D. La stratificazione dei sottogruppi e la fenotipizzazione approfondita hanno consentito l’identificazione di cluster distinti di T2D associati a diversi esiti clinici.

Questa scoperta evidenzia la necessità di considerare la variazione continua della funzione metabolica durante la diagnosi e il trattamento dei pazienti, poiché le categorie diagnostiche tradizionali (come il T2D o la normale tolleranza al glucosio) potrebbero non catturare completamente la biologia sottostante.

Studi precedenti hanno dimostrato che il muscolo scheletrico è il tessuto primario associato all’assorbimento del glucosio stimolato dall’insulina e il principale sito di resistenza all’insulina nel T2D.

Un assorbimento improprio del glucosio stimolato dall’insulina potrebbe essere dovuto a un difetto post-recettoriale, come ad esempio: Riduce l’abbondanza di molecole di segnalazione o trasportatori di glucosio in condizioni normali.

È necessaria una valutazione completa a livello di sistema per sviluppare trattamenti personalizzati per identificare le differenze individuali di segnalazione dell’insulina che contribuiscono all’eterogeneità del T2D.

Sebbene la proteomica basata sulla spettrometria di massa sia stata utilizzata in modo significativo nella ricerca sul cancro, pochi studi di proteomica in tessuti rilevanti correlati alla resistenza all’insulina hanno impiegato questa strategia.

Identificare le differenze nei tratti fenotipici, nelle firme del proteoma e del fosfoprotoma e nelle risposte differenziali agli stimoli ambientali potrebbe aiutare a determinare i cambiamenti nelle proteine ​​e nei percorsi causali. Queste informazioni potrebbero consentire lo sviluppo di una medicina personalizzata per il T2D.

A proposito dello studio

Lo studio attuale ha utilizzato la tecnologia proteomica e profondaIn vivoFenotipizzazione per mappare i tratti diabetogeni in base al panorama proteico di individui normali e diabetici.

Sono stati reclutati sia uomini che donne con normale tolleranza al glucosio (NGT) o T2D. Tutti i partecipanti sono stati abbinati in base a età, sesso, indice di massa corporea (BMI) e abitudine al fumo.

Qualsiasi partecipante che presenti ipertensione (superiore a 160/100 mm Hg), che utilizzi attivamente nicotina, con diagnosi di malattia cardiovascolare (CVD) o in trattamento con warfarin, insulina, corticosteroidi o litio.

I campioni bioptici sono stati ottenuti daVasto lateraleMuscolatura dei partecipanti idonei prima e durante il clamp iperinsulinemico-uglicemico.

Questo approccio ha consentito l'identificazione delle firme molecolari proteomiche e fosfoproteomiche all'interno degli individui nello stato veloce e la dinamica della segnalazione acuta dell'insulina.

È interessante notare che la maggior parte delle donne nello studio erano in post o peri-menopausa, il che può influenzare i confronti metabolici.

La coorte di validazione è stata ottenuta da uno studio precedentemente pubblicato per confermare la riproducibilità dei risultati.

Progettazione dello studio

La coorte di scoperta comprendeva 77 partecipanti ed è stata utilizzata per determinare il panorama molecolare della resistenza all’insulina e del diabete di tipo 2 (T2D). Di questi, a 34 partecipanti è stato diagnosticato il T2D e 43 individui avevano NGT.

Per convalidare i risultati è stata sviluppata una coorte di validazione, composta da 34 individui con T2D e 12 partecipanti abbinati che hanno eseguito NGT.

Tutti i partecipanti in ciascuna coorte sono stati sottoposti a fenotipi glicemici in vivo che hanno dimostrato elevati livelli di glucosio a digiuno, HOMA-IR e insulina a digiuno in individui con T2D. La diminuzione dei valori M iperinsulinemici-euglicemici derivati ​​dal clamp ha dimostrato una diminuzione della sensibilità all'insulina di tutto il corpo.

Risultati dello studio

È stata osservata una significativa eterogeneità nel valore m della sensibilità all’insulina. È interessante notare che alcuni partecipanti con T2D hanno mostrato una sensibilità all’insulina più elevata rispetto a quelli con normale tolleranza al glucosio, sfidando i metodi diagnostici convenzionali e supportando un approccio di medicina di precisione.

I risultati sperimentali hanno dimostrato l’importanza del muscolo scheletrico, in particolare della segnalazione fosforica, nella sensibilità all’insulina di tutto il corpo.

È stata osservata una variazione nel panorama proteomico all'interno dei gruppi diagnostici. Le associazioni stratificate proteoma-fenotipo hanno mostrato che il contenuto proteico mitocondriale era altamente correlato con la sensibilità all’insulina dell’intero corpo. Tuttavia, l’abbondanza mitocondriale non era una caratteristica unica della diagnosi di T2D, suggerendo che riflette la sensibilità all’insulina piuttosto che lo stato della malattia.

Inoltre, lo studio implica nuove vie di degradazione e turnover delle proteine, tra cui il proteasoma e la proteolisi mediata dall'ubiquitina, nonché Wnt e la segnalazione adrenergica, che sono negativamente correlati con la sensibilità all'insulina. Ciò suggerisce che un turnover proteico alterato può contribuire alla resistenza all’insulina.

Al contrario, una maggiore abbondanza di enzimi glicolitici era correlata negativamente con la sensibilità all’insulina.

Lo studio ha inoltre evidenziato che il rapporto delle isoforme della lattato deidrogenasi (LDHA/LDHB) e le relazioni stechiometriche complessive tra le proteine ​​glicolitiche e quelle della fosforilazione ossidativa hanno fornito ulteriori informazioni sulla variazione metabolica attraverso l'abbondanza proteica individuale.

Un totale di 118 fosfositi erano associati alla resistenza all’insulina nello stato di digiuno, rispetto a 66 fosfositi nel solo stato di stimolazione con insulina. Inaspettatamente, lo studio ha scoperto che le firme del fosfoproteoma dello stato di digiuno predicevano la sensibilità all’insulina in modo ancora più forte rispetto a quelle dello stato di stimolazione con insulina.

L'analisi di arricchimento ha rivelato che l'attivazione della chinasi N-terminale C-Jun (JNK) e delle chinasi della famiglia P38 era associata alla resistenza all'insulina. Pertanto, la via JNK-P38 può essere un driver predominante della segnalazione aberrante del muscolo scheletrico umano nella resistenza all'insulina.

I test cellulari hanno anche determinato il ruolo della proteina chinasi 2 attivata dalla MAP chinasi (MAPKAPK2) come regolatore a monte di AMPKγ. 3 S65, che è fondamentale per regolare la sensibilità all'insulina del muscolo scheletrico.

Si è scoperto che il sito AMPKγ3-S65 è unico negli esseri umani e altamente correlato alla resistenza all’insulina, suggerendo che potrebbe fungere da marcatore specifico per l’uomo o bersaglio terapeutico.

Il presente studio ha dimostrato la natura complessa delle vie di segnalazione disregolate nella resistenza all’insulina. È importante sottolineare che i ricercatori hanno scoperto che, sebbene vi fosse una compromissione in alcune vie di segnalazione, altri componenti come Akt e alcuni dei suoi substrati a valle sono rimasti funzionali anche in individui altamente resistenti all’insulina, dimostrando che la resistenza all’insulina non colpisce allo stesso modo tutti i nodi di segnalazione.

Lo studio ha osservato distinte differenze di genere nel proteoma e nel fosfoprotomo. Tuttavia, le firme molecolari della resistenza all’insulina sono rimaste in gran parte simili tra uomini e donne.

Mentre gli uomini hanno mostrato una maggiore espressione di proteine ​​legate al metabolismo del glucosio, le donne hanno mostrato una maggiore espressione di proteine ​​legate al metabolismo dei lipidi. Tuttavia, sono emerse anche differenze nell'attività della chinasi, come: B. CAMK2 e segnalazione mTOR. Ciò evidenzia la rilevanza del sesso come variabile biologica.

Nonostante queste differenze, i segnali di segnalazione associati alla resistenza all’insulina erano in gran parte conservati tra i sessi.

restrizioni

Gli autori notano che il disegno della ricerca clinica dello studio ha identificato associazioni piuttosto che meccanismi causali. L’eterogeneità del diabete di tipo 2 aggiunge complessità e il campione potrebbe, tuttavia, non essere completo di tutti i fenotipi di T2D o della diversità demografica.

La maggior parte delle donne era in post- o peri-menopausa e i potenziali fattori confondenti come la dieta e i farmaci non erano ampiamente controllati. Sono necessari ulteriori studi, in particolare riguardo al ruolo funzionale del sito AMPKγ3 -S65.

Conclusioni

Il presente studio ha identificato i principali percorsi molecolari associati alla resistenza all’insulina. La firma molecolare del muscolo scheletrico era fortemente associata ai marcatori clinici della sensibilità all’insulina che al controllo della glicemia a digiuno.

Le firme del proteoma e del fosfoprotomo del muscolo scheletrico a digiuno sono state identificate come determinanti significativi della sensibilità all’insulina di tutto il corpo.

Componenti selettivi della segnalazione dell’insulina come i substrati Akt sono rimasti presenti anche nei pazienti insulino-resistenti. Ciò suggerisce che la resistenza all’insulina non influenza allo stesso modo tutte le vie di segnalazione.

Lo studio sostiene la necessità di andare oltre i raggruppamenti diagnostici categorici e concentrarsi invece su strategie individualizzate e meccanicamente informate per la cura del T2D.

La ricerca futura dovrà considerare l’eterogeneità del T2D tra i pazienti e concentrarsi sullo sviluppo di strategie su misura per il trattamento del T2D.

Fonti: