Wat veroorzaakt insulineresistentie? Proteomics onthult sleutelbanen in menselijke skeletspieren

Wat veroorzaakt insulineresistentie? Proteomics onthult sleutelbanen in menselijke skeletspieren

Door te begrijpen hoe vastende spiereiwitten insulineresistentie signaleren, maakt deze studie de weg vrij voor gepersonaliseerde diabetesbehandelingen type 2 op basis van individuele moleculaire profielen.

​​​​​​​​​Studie:Gepersonaliseerde moleculaire handtekeningen van insulineresistentie en diabetes type 2. Fotocredit: Mikrogen/Shutterstock.com

Een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerdcelgebruikte de modernste proteomische technologie om de moleculaire kenmerken van insulineresistentie bij patiënten met diabetes in kaart te brengen.

Inzicht in de heterogeniteit bij diabetes type 2

Type 2-diabetes (T2D) is een snel groeiende stofwisselingsziekte die wereldwijd wordt gekenmerkt door verhoogde bloedsuikerspiegels tijdens vasten of na voedselconsumptie.

T2D wordt ook in verband gebracht met perifere insulineresistentie, die de skeletspieren, de lever en het vetweefsel aantast. Een recente studie documenteerde dat meer dan 500 miljoen mensen wereldwijd met T2D leven.

Genetische en omgevingsfactoren beïnvloeden de heterogene pathogenese van T2D. Subgroepstratificatie en diepgaande fenotypering maakten de identificatie mogelijk van verschillende T2D-clusters die geassocieerd zijn met verschillende klinische uitkomsten.

Deze bevinding benadrukt de noodzaak om bij het diagnosticeren en behandelen van patiënten rekening te houden met continue variatie in de metabolische functie, omdat traditionele diagnostische categorieën (zoals T2D of normale glucosetolerantie) mogelijk niet volledig de onderliggende biologie weergeven.

Eerdere studies hebben aangetoond dat skeletspieren het primaire weefsel zijn dat geassocieerd wordt met de door insuline gestimuleerde glucoseopname en de belangrijkste plaats van insulineresistentie bij T2D.

Onjuiste, door insuline gestimuleerde glucoseopname kan te wijten zijn aan een postreceptordefect, zoals: Het vermindert de overvloed aan signaalmoleculen of glucosetransporters onder normale omstandigheden.

Een alomvattende systeembrede beoordeling is nodig om gepersonaliseerde behandelingen te ontwikkelen om individuele insulinesignaleringsverschillen te identificeren die bijdragen aan T2D-heterogeniteit.

Hoewel op massaspectrometrie gebaseerde proteomics aanzienlijk zijn gebruikt in kankeronderzoek, hebben weinig proteomische onderzoeken in relevante weefsels gerelateerd aan insulineresistentie deze strategie toegepast.

Het identificeren van de verschillen in fenotypische kenmerken, proteoom- en fosfoprotoomsignaturen en differentiële reacties op omgevingsstimuli zou kunnen helpen bij het bepalen van veranderingen in oorzakelijke eiwitten en routes. Deze informatie zou de ontwikkeling van gepersonaliseerde geneeskunde voor T2D mogelijk kunnen maken.

Over de studie

De huidige studie maakte gebruik van proteomics-technologie en deepIn vivoFenotypering om diabetogene eigenschappen in kaart te brengen op basis van het eiwitlandschap van normale en diabetische individuen.

Zowel mannen als vrouwen met normale glucosetolerantie (NGT) of T2D werden gerekruteerd. Alle deelnemers werden gematcht op basis van leeftijd, geslacht, body mass index (BMI) en rookstatus.

Elke deelnemer die zich presenteert met hypertensie (hoger dan 160/100 mm Hg), actief nicotine gebruikt, gediagnosticeerd is met hart- en vaatziekten (HVZ) of wordt behandeld met warfarine, insuline, corticosteroïden of lithium.

Er werden biopsiemonsters verkregen van deVastus lateralisSpierstelsel van in aanmerking komende deelnemers vóór en tijdens de hyperinsulinemische-uglykemische klem.

Deze aanpak maakte de identificatie mogelijk van proteomische en fosfoproteomische moleculaire handtekeningen bij individuen in de snelle toestand en de dynamiek van acute insulinesignalering.

Het is opmerkelijk dat de meeste vrouwen in het onderzoek post- of perimenopauze waren, wat de metabolische vergelijkingen kan beïnvloeden.

Het validatiecohort werd verkregen uit een eerder gepubliceerd onderzoek om de reproduceerbaarheid van de resultaten te bevestigen.

Studie ontwerp

Het ontdekkingscohort omvatte 77 deelnemers en werd gebruikt om het moleculaire landschap van insulineresistentie en type 2 diabetes (T2D) te bepalen. Hiervan werd bij 34 deelnemers de diagnose T2D gesteld en bij 43 personen NGT.

Om de resultaten te valideren werd een validatiecohort ontwikkeld, bestaande uit 34 individuen met T2D en 12 gematchte deelnemers die NGT uitvoerden.

Alle deelnemers in elk cohort ondergingen in vivo glycemische fenotypes die verhoogde nuchtere glucose-, HOMA-IR- en nuchtere insulineniveaus aantoonden bij individuen met T2D. Verlaagde hyperinsulinemische-euglycemische klem-afgeleide M-waarden toonden een verminderde insulinegevoeligheid van het hele lichaam aan.

Studieresultaten

Er werd een significante heterogeniteit in de m-waarde van de insulinegevoeligheid waargenomen. Interessant is dat sommige deelnemers met T2D een hogere insulinegevoeligheid vertoonden dan degenen met een normale glucosetolerantie, waarmee ze conventionele diagnostische methoden trotseerden en een benadering van precisiegeneeskunde ondersteunden.

Experimentele bevindingen toonden het belang aan van skeletspieren, in het bijzonder fosfosignalering, bij de insulinegevoeligheid van het hele lichaam.

Binnen diagnostische groepen werd variatie in het proteomische landschap waargenomen. Gestratificeerde proteoom-fenotype-associaties toonden aan dat het mitochondriale eiwitgehalte sterk gecorreleerd was met de insulinegevoeligheid van het hele lichaam. De overvloed aan mitochondriën was echter geen uniek kenmerk van T2D-diagnose, wat suggereert dat het de insulinegevoeligheid weerspiegelt in plaats van de ziektestatus.

Bovendien impliceert de studie nieuwe eiwitafbraak- en omzetroutes, waaronder de proteasoom- en ubiquitine-gemedieerde proteolyse, evenals Wnt en adrenerge signalering, die negatief gecorreleerd zijn met de insulinegevoeligheid. Dit suggereert dat een veranderde eiwitomzet kan bijdragen aan insulineresistentie.

Daarentegen was een hogere overvloed aan glycolytische enzymen negatief gecorreleerd met insulinegevoeligheid.

De studie benadrukte ook dat de verhouding van lactaatdehydrogenase-isovormen (LDHA/LDHB) en de algehele stoichiometrische relaties tussen glycolytische en oxidatieve fosforyleringseiwitten extra inzicht gaven in metabolische variatie via individuele eiwitabundantie.

Een totaal van 118 fosfosieten werd in verband gebracht met insulineresistentie in de nuchtere toestand, vergeleken met 66 fosfosieten in de insulinegestimuleerde toestand alleen. Onverwachts bleek uit de studie dat fosfoproteoomsignaturen van de nuchtere toestand de insulinegevoeligheid nog sterker voorspelden dan die in de insulinegestimuleerde toestand.

Verrijkingsanalyse onthulde dat activering van C-Jun N-terminale kinase (JNK) en P38-familiekinasen geassocieerd was met insulineresistentie. Daarom kan de JNK-P38-route een overheersende aanjager zijn van afwijkende signalering van menselijke skeletspieren bij insulineresistentie.

Cellulaire testen bepaalden ook de rol van MAP-kinase-geactiveerd proteïnekinase 2 (MAPKAPK2) als stroomopwaartse regulator van AMPKγ. 3 S65, wat cruciaal is voor het reguleren van de insulinegevoeligheid van skeletspieren.

De AMPKγ3-S65-plaats bleek uniek te zijn bij mensen en sterk gecorreleerd met insulineresistentie, wat suggereert dat deze kan dienen als een mensspecifieke marker of therapeutisch doelwit.

De huidige studie toonde de complexe aard aan van ontregelde signaalroutes bij insulineresistentie. Belangrijk is dat de onderzoekers ontdekten dat, hoewel er sprake was van een beperking in bepaalde signaalroutes, andere componenten zoals Akt en sommige van de stroomafwaartse substraten ervan functioneel bleven, zelfs bij zeer insulineresistente individuen, wat aantoont dat insulineresistentie niet alle signaalknooppunten in gelijke mate beïnvloedt.

De studie observeerde duidelijke geslachtsverschillen in het proteoom en fosfoprotoom. De moleculaire kenmerken van insulineresistentie bleven echter grotendeels vergelijkbaar tussen mannen en vrouwen.

Terwijl mannen een hogere expressie vertoonden van eiwitten die verband houden met het glucosemetabolisme, vertoonden vrouwen een hogere expressie van eiwitten die verband hielden met het lipidenmetabolisme. Er kwamen echter ook verschillen in kinase-activiteit naar voren, zoals: B. CAMK2 en mTOR-signalering. Dit benadrukt de relevantie van seks als biologische variabele.

Ondanks deze verschillen bleven de signaalsignaturen die verband houden met insulineresistentie grotendeels behouden bij alle geslachten.

beperkingen

De auteurs merken op dat het klinische onderzoeksontwerp van de studie associaties identificeerde in plaats van causale mechanismen. De heterogeniteit van type 2-diabetes voegt complexiteit toe, en het monster is echter mogelijk niet compleet van alle T2D-fenotypes of demografische diversiteit.

De meerderheid van de vrouwen was post- of perimenopauzaal, en potentiële verstorende factoren zoals voeding en medicijnen werden niet uitgebreid gecontroleerd. Verdere studies, in het bijzonder met betrekking tot de functionele rol van de AMPKγ3-S65-plaats, zijn vereist.

Conclusies

De huidige studie identificeerde de belangrijkste moleculaire routes die verband houden met insulineresistentie. De moleculaire signatuur van de skeletspieren was sterk geassocieerd met klinische markers van insulinegevoeligheid dan met nuchtere glucoseregulatie.

De proteoom- en fosfoprotoomsignaturen van nuchtere skeletspieren werden geïdentificeerd als significante determinanten van de insulinegevoeligheid van het hele lichaam.

Selectieve componenten van insulinesignalering zoals Akt-substraten bleven zelfs bij insulineresistente patiënten aanwezig. Dit suggereert dat insulineresistentie niet alle signaalroutes in gelijke mate beïnvloedt.

De studie ondersteunt de noodzaak om verder te gaan dan categorische diagnostische groeperingen en zich in plaats daarvan te concentreren op geïndividualiseerde, mechanistisch geïnformeerde strategieën voor T2D-zorg.

Toekomstig onderzoek moet rekening houden met de heterogeniteit in T2D onder patiënten en zich richten op het ontwikkelen van op maat gemaakte strategieën voor T2D-behandeling.

Bronnen: