O que impulsiona a resistência à insulina? Proteômica revela caminhos-chave no músculo esquelético humano

O que impulsiona a resistência à insulina? Proteômica revela caminhos-chave no músculo esquelético humano

Ao compreender como as proteínas musculares em jejum sinalizam a resistência à insulina, este estudo abre caminho para tratamentos personalizados para diabetes tipo 2 com base em perfis moleculares individuais.

​​​​​​​​​​​​​Estudar:Assinaturas moleculares personalizadas de resistência à insulina e diabetes tipo 2. Crédito da foto: Mikrogen/Shutterstock.com

Um estudo publicado recentemente na revistacélulausaram tecnologia proteômica de última geração para mapear as assinaturas moleculares da resistência à insulina em pacientes com diabetes.

Compreendendo a heterogeneidade no diabetes tipo 2

O diabetes tipo 2 (DT2) é uma doença metabólica de rápido crescimento, caracterizada em todo o mundo por níveis elevados de glicose no sangue durante o jejum ou após o consumo de alimentos.

O DM2 também está associado à resistência periférica à insulina, afetando o músculo esquelético, o fígado e o tecido adiposo. Um estudo recente documentou que mais de 500 milhões de pessoas em todo o mundo vivem com DM2.

Fatores genéticos e ambientais influenciam a patogênese heterogênea do DM2. A estratificação de subgrupos e a fenotipagem profunda permitiram a identificação de clusters distintos de DM2 associados a diferentes desfechos clínicos.

Esta descoberta destaca a necessidade de considerar a variação contínua na função metabólica ao diagnosticar e tratar pacientes, uma vez que as categorias diagnósticas tradicionais (como DM2 ou tolerância normal à glicose) podem não capturar totalmente a biologia subjacente.

Estudos anteriores demonstraram que o músculo esquelético é o tecido primário associado à captação de glicose estimulada pela insulina e o principal local de resistência à insulina no DM2.

A captação inadequada de glicose estimulada pela insulina pode ser devida a um defeito pós-receptor, como: Reduz a abundância de moléculas sinalizadoras ou transportadores de glicose em condições normais.

É necessária uma avaliação abrangente de todo o sistema para desenvolver tratamentos personalizados para identificar diferenças individuais de sinalização da insulina que contribuem para a heterogeneidade do DM2.

Embora a proteômica baseada em espectrometria de massa tenha sido significativamente utilizada na pesquisa do câncer, poucos estudos proteômicos em tecidos relevantes relacionados à resistência à insulina empregaram essa estratégia.

Identificar as diferenças nas características fenotípicas, nas assinaturas do proteoma e do fosfoprotomo e nas respostas diferenciais aos estímulos ambientais poderia ajudar a determinar mudanças nas proteínas e vias causais. Esta informação poderia permitir o desenvolvimento de medicina personalizada para DM2.

Sobre o estudo

O presente estudo utilizou tecnologia proteômica e profundaIn vivoFenotipagem para mapear características diabetogênicas com base na paisagem proteica de indivíduos normais e diabéticos.

Foram recrutados homens e mulheres com tolerância normal à glicose (NGT) ou DM2. Todos os participantes foram pareados com base em idade, sexo, índice de massa corporal (IMC) e tabagismo.

Qualquer participante que apresente hipertensão (acima de 160/100 mm Hg), faça uso ativo de nicotina, seja diagnosticado com doença cardiovascular (DCV) ou esteja sendo tratado com varfarina, insulina, corticosteróides ou lítio.

Amostras de biópsia foram obtidas doVasto lateralMusculatura dos participantes elegíveis antes e durante o clamp hiperinsulinêmico-uglicêmico.

Esta abordagem permitiu a identificação de assinaturas moleculares proteômicas e fosfoproteômicas em indivíduos no estado rápido e a dinâmica da sinalização aguda da insulina.

Vale ressaltar que a maioria das mulheres do estudo estava na pós ou perimenopausa, o que pode influenciar as comparações metabólicas.

A coorte de validação foi obtida de um estudo publicado anteriormente para confirmar a reprodutibilidade dos resultados.

Desenho do estudo

A coorte de descoberta incluiu 77 participantes e foi usada para determinar o panorama molecular da resistência à insulina e do diabetes tipo 2 (DT2). Destes, 34 participantes foram diagnosticados com DM2 e 43 indivíduos tiveram SNG.

Uma coorte de validação foi desenvolvida para validar os resultados, composta por 34 indivíduos com DM2 e 12 participantes pareados que realizaram NGT.

Todos os participantes de cada coorte foram submetidos a fenótipos glicêmicos in vivo que demonstraram níveis elevados de glicemia de jejum, HOMA-IR e insulina em jejum em indivíduos com DM2. A diminuição dos valores de M derivados do clamp hiperinsulinêmico-euglicêmico demonstrou diminuição da sensibilidade à insulina em todo o corpo.

Resultados do estudo

Foi observada uma heterogeneidade significativa no valor m da sensibilidade à insulina. Curiosamente, alguns participantes com DM2 apresentaram maior sensibilidade à insulina do que aqueles com tolerância normal à glicose, desafiando os métodos de diagnóstico convencionais e apoiando uma abordagem de medicina de precisão.

Descobertas experimentais demonstraram a importância do músculo esquelético, particularmente da sinalização de fosfo, na sensibilidade à insulina em todo o corpo.

Variação na paisagem proteômica foi observada dentro dos grupos diagnósticos. Associações estratificadas de fenótipo-proteoma mostraram que o conteúdo de proteína mitocondrial estava altamente correlacionado com a sensibilidade à insulina em todo o corpo. No entanto, a abundância mitocondrial não foi uma característica única do diagnóstico de DM2, sugerindo que reflete a sensibilidade à insulina e não o estado da doença.

Além disso, o estudo implica novas vias de degradação e renovação de proteínas, incluindo o proteassoma e a proteólise mediada pela ubiquitina, bem como Wnt e sinalização adrenérgica, que estão negativamente correlacionadas com a sensibilidade à insulina. Isto sugere que a renovação proteica alterada pode contribuir para a resistência à insulina.

Em contraste, a maior abundância de enzimas glicolíticas foi negativamente correlacionada com a sensibilidade à insulina.

O estudo também destacou que a proporção de isoformas de lactato desidrogenase (LDHA/LDHB) e as relações estequiométricas gerais entre proteínas de fosforilação glicolítica e oxidativa forneceram informações adicionais sobre a variação metabólica através da abundância de proteínas individuais.

Um total de 118 fosfositos foram associados à resistência à insulina no estado de jejum, em comparação com 66 fosfositos apenas no estado estimulado pela insulina. Inesperadamente, o estudo descobriu que as assinaturas do fosfoproteoma do estado de jejum previam a sensibilidade à insulina ainda mais fortemente do que aquelas no estado estimulado pela insulina.

A análise de enriquecimento revelou que a ativação da quinase N-terminal C-Jun (JNK) e das quinases da família P38 estava associada à resistência à insulina. Portanto, a via JNK-P38 pode ser um condutor predominante da sinalização aberrante do músculo esquelético humano na resistência à insulina.

Os ensaios celulares também determinaram o papel da proteína quinase 2 ativada por MAP quinase (MAPKAPK2) como um regulador a montante da AMPKγ. 3 S65, que é crucial para regular a sensibilidade à insulina do músculo esquelético.

Descobriu-se que o sítio AMPKγ3-S65 é único em humanos e altamente correlacionado com a resistência à insulina, sugerindo que pode servir como um marcador específico para humanos ou alvo terapêutico.

O presente estudo demonstrou a natureza complexa das vias de sinalização desreguladas na resistência à insulina. É importante ressaltar que os pesquisadores descobriram que, embora houvesse comprometimento de certas vias de sinalização, outros componentes, como a Akt e alguns de seus substratos a jusante, permaneceram funcionais mesmo em indivíduos altamente resistentes à insulina, demonstrando que a resistência à insulina não afeta todos os nós de sinalização igualmente.

O estudo observou diferenças distintas de gênero no proteoma e no fosfoprotomo. No entanto, as assinaturas moleculares da resistência à insulina permaneceram bastante semelhantes entre homens e mulheres.

Enquanto os homens apresentaram maior expressão de proteínas relacionadas ao metabolismo da glicose, as mulheres apresentaram maior expressão de proteínas relacionadas ao metabolismo lipídico. No entanto, também surgiram diferenças na atividade da quinase, tais como: B. sinalização CAMK2 e mTOR. Isto destaca a relevância do sexo como variável biológica.

Apesar destas diferenças, as assinaturas de sinalização associadas à resistência à insulina foram amplamente conservadas entre os sexos.

restrições

Os autores observam que o desenho da pesquisa clínica do estudo identificou associações em vez de mecanismos causais. A heterogeneidade do diabetes tipo 2 acrescenta complexidade, e a amostra pode, no entanto, não estar completa com todos os fenótipos de DM2 ou diversidade demográfica.

A maioria das mulheres estava na pós ou na perimenopausa, e potenciais fatores de confusão, como dieta e medicamentos, não foram extensivamente controlados. Mais estudos, particularmente em relação ao papel funcional do sítio AMPKγ3 -S65, são necessários.

Conclusões

O presente estudo identificou as principais vias moleculares associadas à resistência à insulina. A assinatura molecular do músculo esquelético foi fortemente associada a marcadores clínicos de sensibilidade à insulina do que ao controle da glicemia de jejum.

As assinaturas do proteoma e do fosfoprotomo do músculo esquelético em jejum foram identificadas como determinantes significativos da sensibilidade à insulina em todo o corpo.

Componentes seletivos da sinalização da insulina, como os substratos da Akt, permaneceram presentes mesmo em pacientes resistentes à insulina. Isto sugere que a resistência à insulina não afeta todas as vias de sinalização igualmente.

O estudo apoia a necessidade de ir além dos agrupamentos diagnósticos categóricos e, em vez disso, concentrar-se em estratégias individualizadas e mecanicamente informadas para o tratamento de DM2.

Pesquisas futuras precisam considerar a heterogeneidade do DM2 entre os pacientes e focar no desenvolvimento de estratégias personalizadas para o tratamento do DM2.

Fontes: