Határok az endokrinológiában

Molekuláris és szerkezeti endokrinológia

Szerkesztette

Debbie C. Thurmond

Molekuláris és Sejtes Endokrinológiai Osztály, Beckman Kutatóintézet, Hope városa, Egyesült Államok

Felülvizsgálta

Jonathan Bogan

Yale Egyetem, Egyesült Államok

Amira Klip

Beteg gyerekek kutatóintézet, Kanada

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

Cikk letöltése
- PDF letöltése
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Kiegészítő
  Anyag
Exportálás
- EndNote
- Referencia menedzser
- Egyszerű TEXT fájl
- BibTex

OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

1 Henry Wellcome Sejtbiológiai Laboratórium, Orvosi, Állatorvosi és Élettudományi Főiskola, Molekuláris Sejt- és Rendszerbiológiai Intézet, Glasgowi Egyetem, Glasgow, Egyesült Királyság
2 Orvosi, Állatorvosi és Élettudományi Főiskola, Kardiovaszkuláris és Orvostudományi Intézet, Glasgowi Egyetem, Glasgow, Egyesült Királyság

A SNARE fehérjék szerves részét képezik az intracelluláris vezikuláris kereskedelemnek, amely viszont az inzulin célszövetek sejtfelszínén a szubsztrát transzporterek, például a GLUT4 glükóz transzporter szabályozott expressziójának alapjául szolgáló folyamat. Az inzulinnal stimulált GLUT4-kereskedelem sok betegségben, elsősorban a cukorbetegségben, csökkent szívműködéssel jár. Ennek ellenére korlátozott az ismeretünk a SNARE fehérjék expressziójáról és szabályozásáról a szívszövetben, és arról, hogy ezek hogyan változhatnak a cukorbetegségben. Itt jellemezzük a szívszövetben expresszált SNARE fehérjék tömbjét, és számszerűsítjük a VAMP2, SNAP23 és Syntaxin4 - az inzulin-stimulált GLUT4 transzlokációban részt vevő kulcsfontosságú fehérjék - expressziójának szintjét. Az inzulinrezisztencia két rágcsáló modelljéből vizsgáltuk a szívszövet SNARE fehérje szintjét, db/db egerek és nagy zsírtartalmú táplált egerek, és az expressziós mintázat megváltozása nyilvánvaló. Az ilyen változások hatással lehetnek a szívműködésre.

Bevezetés

Az anyagcsere hatékony szabályozása minden sejttípusban elengedhetetlen annak biztosítása érdekében, hogy az ATP-generációs követelmények teljesüljenek. Ez különösen fontos olyan nagy energiájú szerveknél, mint a szív, ahol a kardiomiociták összehúzódó hatását folyamatosan táplálni kell, hogy percenként körülbelül 5 liter oxigént és tápanyagban gazdag vért pumpálhassanak a szisztémás keringésbe és környékére. Szintén létfontosságú, hogy a szív anyagcsere-rugalmasságot tanúsítson annak érdekében, hogy összehúzódó kontraktusát igazítsa a megnövekedett igényekhez, például edzés közben. A normális kardiális anyagcserét a zsírsavak domináns használata metabolikus szubsztrátként, a glükóz viszonylag alacsonyabb felhasználásával jellemzi (1). Ez logikus, mivel a zsír bőségesebb és energiadúsabb üzemanyag-forrás, így ideális olyan esetekben, amikor tartósan mérsékelt ATP-szintre van szükség. Számos szívbetegségi állapotot azonban részben meghatároz (és potenciálisan okozhat) a glükózfelvétel és az anyagcsere hiánya.

Régóta bebizonyosodott, hogy a szív- és érrendszeri betegségek a cukorbetegek körében vezető halálokok, részben annak az érrendszeri betegségeknek a magas arányának tudhatók be, amelyek a véráramban tartósan túlzott glükóz (és zsír) miatt fordulnak elő (4). Ugyanakkor a cukorbetegségnek van egy közvetlen kóros hatása a szívműködésre is, amelyet a strukturális átalakítás előtti kezdeti diasztolés diszfunkció és a szívelégtelenségig történő előrehaladás jellemez, amelyet diabetikus kardiomiopátiának neveznek (5–7). Meggyőző bizonyíték van arra, hogy az anyagcsere-rendellenességek, például a lipidek szívben történő intramyocelluláris felhalmozódása és a kapcsolódó szívinzulinrezisztencia kritikus korai tényezők lehetnek ennek az állapotnak a progressziójában (8–10). Legfőképpen a diabéteszes kardiomiopátia egérmodelljében a GLUT4 inzulinérzékeny glükóz transzporter túlzott expressziója visszaállította az aberrált szív metabolikus és kontraktilis funkciókat a kontrollokban megfigyelt értékekre (11, 12). Ezenkívül az inzulinrezisztencia/glikémiás kontroll prognosztikai jelentőséggel bír az emberi poszt-myocardialis infarktusban szenvedő betegeknél (13–15), kísérleti patkánymodell segítségével, amely azonosítja a szív (nem szisztémás) inzulinrezisztencia kialakulását, összefüggésbe hozható a káros mellékhatásokkal. helyreállítás/átalakítás (16).

Megállapítást nyert, hogy más inzulinérzékeny sejttípusokból származó általános fogalmak alkalmazhatók a szívre, például, hogy a GLUT4 a funkcionálisan túlsúlyban lévő glükóz transzporter (17). Bazális körülmények között a GLUT4 többsége nem a sejt felszínén helyezkedik el, hanem inkább eloszlik az általános endoszomális újrafeldolgozási út és egy speciális GLUT4 tároló vezikulák (GSV) depója között, amelyek gyorsan reagálhatnak a sejtfelületre az inzulin aktivációjára reagálva. receptor (18). Mind a GLUT4 különféle intracelluláris rekeszeken történő válogatása, mind a GSV-k fúziója a plazmamembránnal (PM) specifikus SNARE fehérjék hatását igényli (19). A vázizomzatban és a zsírszövetben a SNARE fehérjék, amelyek a GSV fúzióját szabályozzák a PM-mel, a VAMP2, az SNAP23 és a Syntaxin 4, míg a Syntaxin 6 és 16 a GLUT4 szekvenálását közvetíti a transz Golgi hálózat GSV-csoportjaiba (20-25).

A SNARE-k részvétele a GLUT4-kereskedelem több lépésében érdekfeszítő potenciális célponttá teszi őket a betegség összefüggésében. Számos elmélet létezik az inzulinrezisztenciával kapcsolatban, például a proximális inzulinjelzés gátlása vagy a protein kináz C lipid által közvetített aktiválása révén (35, 36), vagy az adipocitokinek megváltozott felszabadulása a tágult és gyulladt zsírszövetből (37, 38). Ugyanakkor bizonyítékok vannak olyan rágcsálómodellekről is, amelyek korrelálnak a megváltozott SNARE fehérje (Syntaxin4, Syntaxin6, VAMP2, VAMP3, SNAP23, Munc18) expressziójával vagy lokalizációjával a vázizomzat és a zsírszövet inzulinrezisztenciájával (31, 32, 39–41). Emellett a 2-es típusú cukorbetegeknél a zsírszövetben a fokozott szintaxin 8 expresszió szignifikánsan összefügg a csökkent GLUT4 expresszióval és az egész test glükóz toleranciájának romlásával (42). Bár ezekből a vizsgálatokból nem derül ki, hogy a SNARE fehérje szintjének változásai okozati vagy adaptív változások-e, 2 független inzulinrezisztens modell kezdeti vizsgálata azt mutatja, hogy a SNARE fehérjék célzása életképes stratégia lehet az inzulinnal stimulált GLUT4 kereskedelem helyreállítása és az anyagcsere eredmények javítása érdekében (43 –45).

Ezért ennek a munkának az volt a célja, hogy jellemezze a SNARE izoformák széles skálájának expresszióját az elsődleges felnőtt szívszövetben. Továbbá értékelték, hogy ezen fehérjék expressziója (a GLUT4 mellett) megváltozott-e 2 különböző diabéteszes egérmodellben. Ez a tanulmány az első lépés a különböző SNARE-k szerepének feltárása felé az inzulinnal stimulált szív GLUT4 kereskedelemben, és klinikai jelentőségű, mivel a szív inzulinrezisztenciája összefügg a diabéteszes kardiomiopátiával és a miokardiális infarktussal. A SNARE-k fontosak mind az inzulinnal nem stimulált (pl. Összehúzódás által közvetített) GLUT4 kereskedelemben, mind a zsírsav-transzporter CD36 kereskedelmében (46). Ezért ez a munka értékes és megalapozó a szív metabolizmusának szabályozása szempontjából általában.

Eredmények és vita

A VAMP2, a Syntaxin 4 és az SNAP23 mennyiségi meghatározása kardiális lizátumokban

Az adipocitákban és az izmokban a GSV-PM fúzióval társuló SNARE fehérjék a VAMP2, a Syntaxin 4 és az SNAP23 (26, 27, 30). Először arra törekedtünk, hogy számszerűsítsük ezeknek a SNARE-knak a rágcsálók szívlizátumaiban való expresszióját. A rekombináns SNARE fehérjéket expresszáltuk és megtisztítottuk a baktériumoktól, és standardként alkalmaztuk őket a kvantitatív immunblotolásban, összehasonlítva az egér szívmintáiból kapott jelekkel. Erre a technikai megközelítésre mutat példát az 1. ábra a Syntaxin 4 expresszió számszerűsítéséhez, az 1. táblázatban bemutatott mind a 3 SNARE mennyiségi meghatározásával. A 3T3-L1 adipocitákra megjelenített összehasonlító értékeket korábban publikált munkából kaptuk hasonló megközelítéssel (48). . Ezt a technikát 3 egyedi patkányszívből származó szívszövetből előállított összesített lizátummal is elvégeztük. A kapott átlagértékek szorosan megegyeztek az egérmintákéval (1,45 × 10 12 példány/mg SNAP23; 6,82 × 10 11 példány/mg Sx4; 3,05 × 10 11 példány/mg VAMP2).

1.ábra. A szintaxin 4 expressziójának számszerűsítése a szívben. A fehérje-lizátumokat 20 hetes hím egér szívszövetből állítottuk elő, és SDS-PAGE-nak vetettük alá, valamint immunoblot-eljárással tisztított rekombináns Sx4 mellett. A lizátumokat inkubáltuk a Syntaxin 4 és a GAPDH (terhelés kontroll) expresszióját vizsgáló antitestekkel, az ábra szerint. A feltöltött fehérje 10 vagy 20 μg fehérjére vonatkozik az M1-M3 egér kardiomiocita mintákra, vagy 0,5–1,5 ng tisztított Syntaxin 4 fehérjére (hiányzik a transzmembrán domén, és így gyorsabban vándorol, mint az endogén, teljes hosszúságú Syntaxin4), amint azt jeleztük. Az M1-3 biológiailag független egér szívmintákat jelöl, ahol mindegyik minta 2-3 egyedi szív által létrehozott lizátumból áll. A molekulatömeg-markerek hozzávetőleges helyzetét feltüntetjük. A szegélyek azt jelzik, hogy a képeket csak bemutatás céljából vágták-e le. A reprezentatív immunblot adatait az 1. táblázatban számszerűsítve mutatjuk be.

Asztal 1. A SNARE fehérje expressziójának mennyiségi meghatározása az egér elsődleges szívszövetében.

SNARE kifejezés cukorbeteg egér modellekben

Ezen a tanulmányon belül a 6-os szívszegmensek db/db és ellenőrzés (db/m) egereket lizáltuk és megvizsgáltuk a SNARE fehérjék és a GLUT4 széles spektrumának expressziója érdekében immunblotolással. Egy tipikus adatkészlet a 2. ábrán látható. A szívfehérje expressziójának ebből a diabéteszes egér modellből származó korábbi elemzésével összhangban (53, 54) a GLUT4 expressziót szignifikánsan (P Kulcsszavak: cukorbetegség, kardiomiopátia, SNARE fehérjék, inzulinrezisztencia, GLUT4

Idézet: Bowman PRT, Smith GL és Gould GW (2019) Cardiac SNARE Expression in Health and Disease. Elülső. Endokrinol. 10: 881. doi: 10.3389/fendo.2019.00881

Beérkezett: 2019. szeptember 25.; Elfogadva: 2019. december 03 .;
Publikálva: 2019. december 19.

Debbie C. Thurmond, Beckman Research Institute, Egyesült Államok

Amira Klip, Sick Kids Research Institute, Kanada
Jonathan Bogan, Yale Egyetem, Egyesült Államok

† Jelenlegi cím: Peter R. T. Bowman és Gwyn W. Gould, Strathclyde Gyógyszerészeti és Orvostudományi Intézet, Glasgow, Egyesült Királyság