Čo poháňa inzulínovú rezistenciu? Proteomika odhaľuje kľúčové cesty v ľudskom kostrovom svale

Čo poháňa inzulínovú rezistenciu? Proteomika odhaľuje kľúčové cesty v ľudskom kostrovom svale

Pochopením toho, ako svalové proteíny nalačno signalizujú inzulínovú rezistenciu, táto štúdia pripravuje cestu pre personalizovanú liečbu cukrovky 2. typu na základe individuálnych molekulárnych profilov.

​​​​​​​​​​štúdium:Personalizované molekulárne podpisy inzulínovej rezistencie a cukrovky 2. Fotografický kredit: Mikrogen/Shutterstock.com

Štúdia nedávno publikovaná v časopisebunkapoužili najmodernejšiu proteomickú technológiu na mapovanie molekulárnych podpisov inzulínovej rezistencie u pacientov s cukrovkou.

Pochopenie heterogenity pri cukrovke 2. typu

Diabetes typu 2 (T2D) je rýchlo rastúce metabolické ochorenie charakterizované na celom svete zvýšenou hladinou glukózy v krvi počas pôstu alebo po konzumácii jedla.

T2D je tiež spojený s periférnou inzulínovou rezistenciou, ktorá ovplyvňuje kostrové svalstvo, pečeň a tukové tkanivo. Nedávna štúdia zdokumentovala, že viac ako 500 miliónov ľudí na celom svete žije s T2D.

Genetické a environmentálne faktory ovplyvňujú heterogénnu patogenézu T2D. Stratifikácia podskupín a hlboké fenotypovanie umožnili identifikáciu odlišných zhlukov T2D spojených s rôznymi klinickými výsledkami.

Toto zistenie zdôrazňuje potrebu zvážiť nepretržité zmeny v metabolickej funkcii pri diagnostike a liečbe pacientov, pretože tradičné diagnostické kategórie (ako je T2D alebo normálna glukózová tolerancia) nemusia úplne zachytiť základnú biológiu.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že kostrový sval je primárnym tkanivom spojeným s inzulínom stimulovaným vychytávaním glukózy a hlavným miestom inzulínovej rezistencie v T2D.

Nesprávne vychytávanie glukózy stimulované inzulínom môže byť spôsobené postreceptorovým defektom, ako napríklad: Znižuje množstvo signálnych molekúl alebo transportérov glukózy za normálnych podmienok.

Na vývoj personalizovanej liečby na identifikáciu individuálnych rozdielov v signalizácii inzulínu, ktoré prispievajú k heterogenite T2D, je potrebné komplexné hodnotenie celého systému.

Hoci proteomika založená na hmotnostnej spektrometrii sa významne využíva vo výskume rakoviny, túto stratégiu využilo len málo proteomických štúdií v relevantných tkanivách súvisiacich s inzulínovou rezistenciou.

Identifikácia rozdielov vo fenotypových znakoch, proteómových a fosfoprotómových podpisoch a rozdielnych reakciách na environmentálne stimuly by mohla pomôcť určiť zmeny v príčinných proteínoch a dráhach. Tieto informácie by mohli umožniť vývoj personalizovanej medicíny pre T2D.

O štúdiu

Súčasná štúdia využívala technológiu proteomiky a hĺbkuIn vivoFenotypizácia na mapovanie diabetogénnych znakov na základe proteínovej krajiny normálnych a diabetických jedincov.

Boli prijatí muži aj ženy s normálnou glukózovou toleranciou (NGT) alebo T2D. Všetci účastníci boli spárovaní na základe veku, pohlavia, indexu telesnej hmotnosti (BMI) a fajčenia.

Každý účastník s hypertenziou (nad 160/100 mm Hg), aktívne užívajúci nikotín, s diagnostikovaným kardiovaskulárnym ochorením (CVD) alebo liečený warfarínom, inzulínom, kortikosteroidmi alebo lítiom.

Vzorky biopsie boli získané zVastus lateralisSvalstvo oprávnených účastníkov pred a počas hyperinzulinemicko-uglykemickej svorky.

Tento prístup umožnil identifikáciu proteomických a fosfoproteomických molekulárnych podpisov u jedincov v rýchlom stave a dynamiku akútnej inzulínovej signalizácie.

Je pozoruhodné, že väčšina žien v štúdii bola po menopauze alebo perimenopauze, čo môže ovplyvniť metabolické porovnania.

Validačná kohorta bola získaná z predtým publikovanej štúdie na potvrdenie reprodukovateľnosti výsledkov.

Dizajn štúdie

Objavná kohorta zahŕňala 77 účastníkov a použila sa na určenie molekulárnej krajiny inzulínovej rezistencie a diabetu 2. typu (T2D). Z toho u 34 účastníkov bola diagnostikovaná T2D a 43 jedincov malo NGT.

Na overenie výsledkov bola vyvinutá validačná kohorta pozostávajúca z 34 jedincov s T2D a 12 zodpovedajúcich účastníkov, ktorí vykonali NGT.

Všetci účastníci v každej kohorte podstúpili in vivo glykemické fenotypy, ktoré preukázali zvýšené hladiny glukózy nalačno, HOMA-IR a inzulínu nalačno u jedincov s T2D. Znížené hodnoty M odvodené od hyperinzulinemicko-euglykemickej svorky preukázali zníženú celotelovú inzulínovú senzitivitu.

Výsledky štúdie

Pozorovala sa významná heterogenita v m-hodnote inzulínovej senzitivity. Je zaujímavé, že niektorí účastníci s T2D vykazovali vyššiu citlivosť na inzulín ako tí s normálnou glukózovou toleranciou, čím sa vzpierali konvenčným diagnostickým metódam a podporovali prístup presnej medicíny.

Experimentálne zistenia preukázali dôležitosť kostrového svalstva, najmä fosfo-signalizácie, v celotelovej citlivosti na inzulín.

V rámci diagnostických skupín sa pozorovali variácie v proteomickej krajine. Stratifikované asociácie proteóm-fenotyp ukázali, že obsah mitochondriálnych proteínov vysoko koreloval s celotelovou citlivosťou na inzulín. Mitochondriálne množstvo však nebolo jedinečným znakom diagnostiky T2D, čo naznačuje, že odráža skôr citlivosť na inzulín ako stav ochorenia.

Štúdia navyše implikuje nové cesty degradácie a premeny proteínov, vrátane proteolýzy sprostredkovanej proteazómom a ubikvitínom, ako aj Wnt a adrenergnej signalizácie, ktoré negatívne korelujú s citlivosťou na inzulín. To naznačuje, že zmenený obrat bielkovín môže prispieť k inzulínovej rezistencii.

Naopak, vyšší výskyt glykolytických enzýmov negatívne koreloval s citlivosťou na inzulín.

Štúdia tiež zdôraznila, že pomer izoforiem laktátdehydrogenázy (LDHA/LDHB) a celkové stechiometrické vzťahy medzi glykolytickými a oxidatívnymi fosforylačnými proteínmi poskytli ďalší pohľad na metabolické variácie prostredníctvom individuálneho množstva proteínov.

Celkovo 118 fosfozitov bolo spojených s inzulínovou rezistenciou v stave nalačno, v porovnaní so 66 fosfozitmi v samotnom stave stimulovanom inzulínom. Štúdia neočakávane zistila, že fosfoproteómové podpisy v stave nalačno predpovedali citlivosť na inzulín ešte silnejšie ako v stave stimulovanom inzulínom.

Analýza obohatenia odhalila, že aktivácia C-Jun N-terminálnej kinázy (JNK) a kináz rodiny P38 bola spojená s inzulínovou rezistenciou. Preto môže byť dráha JNK-P38 prevládajúcou hnacou silou aberantnej signalizácie ľudského kostrového svalstva pri inzulínovej rezistencii.

Bunkové testy tiež určili úlohu proteínkinázy 2 aktivovanej MAP kinázou (MAPKAPK2) ako upstream regulátora AMPKy. 3 S65, ktorý je rozhodujúci pre reguláciu citlivosti kostrového svalstva na inzulín.

Zistilo sa, že miesto AMPKy3-S65 je u ľudí jedinečné a vysoko koreluje s inzulínovou rezistenciou, čo naznačuje, že môže slúžiť ako ľudský špecifický marker alebo terapeutický cieľ.

Súčasná štúdia preukázala komplexnú povahu dysregulovaných signálnych dráh pri inzulínovej rezistencii. Dôležité je, že výskumníci zistili, že aj keď došlo k poškodeniu určitých signálnych dráh, iné zložky, ako je Akt a niektoré z jeho následných substrátov, zostali funkčné aj u jedincov s vysokou inzulínovou rezistenciou, čo dokazuje, že inzulínová rezistencia neovplyvňuje všetky signálne uzly rovnako.

Štúdia pozorovala zreteľné rodové rozdiely v proteóme a fosfoprotóme. Molekulárne znaky inzulínovej rezistencie však zostali medzi mužmi a ženami do značnej miery podobné.

Zatiaľ čo muži vykazovali vyššiu expresiu proteínov súvisiacich s metabolizmom glukózy, ženy vykazovali vyššiu expresiu proteínov súvisiacich s metabolizmom lipidov. Objavili sa však aj rozdiely v kinázovej aktivite, ako napríklad: B. CAMK2 a mTOR signalizácia. To zdôrazňuje význam pohlavia ako biologickej premennej.

Napriek týmto rozdielom boli signalizačné znaky spojené s inzulínovou rezistenciou do značnej miery zachované medzi pohlaviami.

obmedzenia

Autori poznamenávajú, že dizajn klinického výskumu štúdie identifikoval skôr asociácie než kauzálne mechanizmy. Heterogenita diabetu 2. typu zvyšuje zložitosť a vzorka však nemusí obsahovať všetky fenotypy T2D alebo demografickú diverzitu.

Väčšina žien bola po menopauze alebo perimenopauze a potenciálne mätúce faktory, ako je strava a lieky, neboli dôkladne kontrolované. Sú potrebné ďalšie štúdie, najmä pokiaľ ide o funkčnú úlohu miesta AMPKy3-S65.

Závery

Súčasná štúdia identifikovala kľúčové molekulárne dráhy spojené s inzulínovou rezistenciou. Molekulárny podpis kostrového svalstva bol silne spojený s klinickými markermi citlivosti na inzulín ako s kontrolou glukózy nalačno.

Proteómové a fosfoprotómové podpisy kostrového svalstva nalačno boli identifikované ako významné determinanty celotelovej citlivosti na inzulín.

Selektívne zložky inzulínovej signalizácie, ako sú substráty Akt, zostali prítomné aj u pacientov rezistentných na inzulín. To naznačuje, že inzulínová rezistencia neovplyvňuje všetky signálne dráhy rovnako.

Štúdia podporuje potrebu posunúť sa nad rámec kategorických diagnostických zoskupení a namiesto toho sa zamerať na individualizované, mechanicky informované stratégie starostlivosti o T2D.

Budúci výskum musí zvážiť heterogenitu v T2D medzi pacientmi a zamerať sa na vývoj prispôsobených stratégií pre liečbu T2D.

Zdroje: