Receptor de insulina (segunda parte)

MODELO ANIMAL

Em camundonos geneticamente obesos com resistência à insulina, Le Marchand-Brustel e outros (1985) encontraram um defeito na atividade de tirosina cinase do receptor de insulina.
A completa falta de receptores de insulina devida a mutações no gene do receptor de insulina resulta em severo retardamento do crescimento e moderado diabetes. Nos camundongos, o alvejamento do substrato-1 do receptor de insulina (147545) leva à inibição do crescimento e a média resistência às ações metabólicas da insulina. Para tratar da questão de se ambas as ações da insulina, a metabólica e de promoção do crescimento, são mediadas pelo receptor de insulina, Accili e outros (1996) geraram camundongos carentes em receptores de insulina pela mutagênese alvejada em células-tronco derivadas de embrião (ES). Diferente dos pacientes humanos carentes de receptores de insulina, com camundongos homozigotos para um alelo nulo do gene do receptor de insulina nasceram no prazo com crescimento e desenvolvimento intra-uterino aparentemente normais. Dentro de alguma horas do nascimento, entretanto, os camundongos homozigotos nulos desenvolveram severa hiperglicemia e hipercinemia (aumento da velocidade da circulação, aumento do volume do fluxo do sangue, débito cardíaco supernormal), e morreram como um resultado da cetoacidose diabética (cetoacidose é o aumento de produção de corpos cetônicos) entre 48 e 72 horas. Os autores consideraram os dados consistentes com um modelo no qual o receptor de insulina funciona primariamente para mediar as ações metabólicas da insulina.

Para determinar a contribuição da resistência à insulina no músculo para o fenótipo metabólico do diabetes, Bruning e outros (1998) usaram o sistema Cre-loxP para romper o gene INSR no músculo esquelético do camundongo. Os camundongos nocauteados para o Insr específico do músculo exibiram uma redução no conteúdo de receptores no músculo específico maior que 95% e precoces eventos de sinalização. Os camundonos apresentaram elevada massa de gordura, triglicerídeos no soro, e ácidos graxos livres, porém, a glucose no sangue, a insulina do soro e a tolerância à gluclose normais. Assim, a resistência à insulina no músculo contribui para o metabolismo alterado de gordura associado com o diabetes de tipo II, mas outros tecidos além do músculo parecem estar mais envolvidos na disposição da glicose regulada pela insulina do que previamente se reconhecia.

Para determinar se a sinalização da insulina tem um papel funcional na célula beta pancreática, Kulkarni e outros (1999) usaram o sistema Cre-loxP para inativar especificamente o gene do Insr do camundongo nas células beta. A expressão de Cre usando um promotor da insulina do rato específica da célula beta pancreática resultou na eficiente recombinação do gene Insr contendo loxP nas cálulas beta. Camundongos carentes de receptores de insulina nas células beta mostraram uma perda da primeira fase de secreção da insulina em resposta à glucose, mas não em resposta à arginina, similar ao observado na diabetes de tipo II humana. Esses camundongos também mostraram uma redução progressiva na tolerância à glucose por seis meses. Os dados indicaram um importante papel funcional para o receptor de insulina na sensibilidade à glucose pelas células beta pancreáticas e sugeriram que defeitos na sinalização da insulina ao nível da célula beta pode contribuir para as alterações observadas na secreção de insulina no diabetes de tipo II.

Para investigar o efeito da perda da ação direta da insulina no fígado, Michael e outros (2000) usaram o sistema Cre-loxP para inatvar o gene Insr nos hepatócitos. Camundongos nocauteados para o receptor de insulina específico do fígado (LIRKO) exibiram dramática resistência à insulina, severa intolerância à glucose, e falência da insulina em suprimir a produção da glucose hepática e em regular a expressão gênica hepática. Essas alterações foram paralelizadas por marcada hiperinsulinemia devida à combinação de aumento na secreção de insulina e decréscimo na remoção da insulina. Com a idade, os fígados dos camundongos nocauteados exibiram mudança morfológicas e funcionais, e o fenótipo metabólico tornou-se menos severo. Assim, os autores concluíram que a sinalização da insulina no fígado é crítico na regulação da homeostase da glucose e na manutenção da função normal hepática.

Bruning e outros (2000) criaram camundongos com uma ruptura específica nos neurônios do gene Insr (NIRKO). A inativação do receptor de insulina não teve impacto no desenvolvimento do cérebro ou na sobrevivência do neurônio. Entretanto camundongos fêmea IRKO apresentaram aumentado consumo de alimento, e ambos os camundongos macho e fêmea desenvolveram obesidade sensível à dieta com aumento da gordura corporal e níveis de leptina no plasma [Leptina omim – 164160: A leptina é uma proteína de 16 quilo-dáltons que atua num papel crítico na regulação do peso corporal inibindo a ingestão de alimento e estimulando o dispêndio de energia. Defeitos na produção da leptina causam obesidade hereditária severa em roedores e humanos. Em adição a esses efeitos no peso corporal, a leptina tem uma variedade de outras funções, incluindo a regulação da hematopoiese, aniogênese, curativo das feridas, e resposta imune e inflamatória. ... He e outros (1995) descobriram que a co-transfecção do promotor do gene do camundongo obeso com C/EBP-alfa, um fator de transcrição importante na diferenciação da célula adiposa, causou sua ativação 23 vezes. He e outros (1995) sugeriram que o promotor do “obeso” é uma mira natural da C/EBP-alfa.]

Belke e outros (2002) geraram camundongos com Insr nocauteado específicamente no cardiomiócito (CIRKO), usando recombinação cre/losP. Os corações dos camundongos CIRKO eram de 20 a 30% menores devido à reduzida hipertrofia pós-natal dos cardiomiócios ; eles tinham expressão persistente da isoforma da beta-miosina de cadeia pesada, aproximadamente metade da expressão normal do transportador 1 de glucose (GLUT1; 138140), e aumento de duas vezes na expressão da GLUT4. A captura da glucose cardíaca estava aumentada “in vivo”, a glicólise estava aumentada em corações isolados trabalhando, e havia expressão reduzida de enzimas que catalisam a oxidação beta mitocondrial, levando ao decréscimo das taxas de oxidação dos ácidos graxos.

Em camundongos nocauteados para o INSR específico no tecido adiposo marrom, Guerra e outros (2001) observaram profunda atrofia da gordura marrom dependente da idade concomitante com o desenvolvimento de hiperglicemia em jejum e diminuída tolerância à glucose. Guerra e outros (2001) concluíram que o receptor de insulina atua num papel direto na adipogênese da gordura marrom e sugeriram que o tecido adiposo marrom está envolvido na regulação da secreção de insulina e homeostase da glucose.

Usando o sistema Cre-loxP, Bluher e outros (2002) geraram camundongos nocauteados para Inrs específico do tecido gorduroso os quais eles acharam ter reduzida massa gordurosa e perda do relacionamento normal entre a leptina do plasma e o peso corporal. Os camundongos também estavam protegidos contra a obesidade induzida por lesão hipotalâmica (hipotálamo é a região ventral e medial do diencéfalo; o hipotálamo está envolvido nas funções do sistema nervoso autônomo (visceral) e, através de sua ligação vascular, com o lobo anterior da hipófise, nos mecanismos endócrinos. Stedman) e relacionada à idade e intolerância à glucose relacionada à obesidade. Usando estudos histlógicos e de expressão de genes, Bluher e outros (2002) observaram que os camudongos condicionalmente nocauteados exibiram polarização de adipócitos dentro da população de células grandes e pequenas, as quais diferiam no padrão de expressão de proteína. Bluher e outros (2002) concluíram que a sinalização da insulina nos adipócitos é crítica para o desenvolvimento da obesidade e suas anormalidades metabólicas associadas.

Bluher e outros (2003) geraram camundongos com FIRKO. O crescimento das curvas era normal nos camundongos FIRKO machos e fêmeas a partir do nascimento até 8 semanas de idade. Iniciando os 3 meses de idade, os camundongos FIRKO mantiveram de 15 a 25% do peso corporal mais baixo e uma redução de 50 a 70% na massa gordurosa durante a vida. Os camundongos FIRKO eram saudáveis, careciam de qualquer anormalidade associada com lipodistrofia, e estavam protegidos contra a deterioração da tolerância à glucose relacionada à idade, o que era observado em todas as linhagens de controle. Camundongos FIRKO mantiveram baixa gordura corporal, a despeito da ingestão normal de alimento. De fato, porque os camundongos FIRKO eram mais magros, a ingestão de alimento dos camundongos FIRKO expressada por grama de peso corporal geralmente excedia à dos controles numa proporção de 55%. Ambos os camundongos FIRKO macho e fêmea foram mostraram um aumento na média de vida de aproximadamente 134 dias (18%) (Em cativeiro os camundongos podem viver mais de dois anos e meio, porém os camundongos selvagens conseguem chegar no máximo a aproximadamente 4 meses de vida.) , com aumento paralelo do período de vida médio e máximo. Assim, Bluher e outros (2003) concluíram que a redução da massa gordurosa sem restrição calórica pode estar associada com a longevidade aumentada no camundongo, possivelmente através dos efeitos de sinalização da insulina.

Song e outros (2003) descobriram que na Drosophila, o receptor de insulina funciona na orientação do axônio e é requerido pelos axônios das células fotoreceptoras para enconrarem seu caminho da retina ao cérebro durante o desenvolvimento do sistema visual. O receptor de insulina da Drosofila funciona como um receptor orientador da proteína adaptadora Cock/Nck (veja omim: 600508 – A NCK1 pertence à família das proteínas adaptadoras compostas exclusivamente pelos domínios 2 (SH2) e 3 (SH3) homólogos aos da proteína Src. Essas proteínas funcionam casando a fosforilação da tirosina via domínios SH2 aos efetores seguintes através dos domínios SH3 (Chen e outros, 1988). (OBS.: omim 190090 – O gene SRC tem sequência homóloga ao gene v-src do vírus do sarcoma Rous (também chamado vírus do sarcoma aviário, ASV) (Le Beau e outros, 1984)... TRANCE (omim 602642) um membro da família do fatores de necrose tumoral, e seu receptor RANK (omim 603499), são críticos reguladores das funções das células dendríticas e dos osteoclastos. Wong e outros (1999) demonstraram que a TRANCE ativa a cinase anti-apoptótica serina/treonina PKB (AKT1; omim 164730) através de uma sinalização complexa que envolve a Src e e a TRAF6 (omim 602355). Uma deficiência na SRC ou a adição de inibidores de cinases da família Src bloquearam a ativação da PKB mediada pela TRANCE nos osteoclastos.)

Nef e outros (2003) demonstraram que a família de tirosina cinase receptora de insulina, compreendendo o INSR, IGF1R (omim 147370) e o IRR (omim 147671), é requerida para o aparecimento das gônadas masculinas e assim para a diferenciação sexual do sexo masculino. Camundongos XY que eram mutantes para todos os 3 receptores desenvolveram ovários e mostraram um fenótipo completamente feminino.

Kondo e outros (2003) observaram que, seguindo-se a uma hipoxia relativa (diminuição do oxigênio abaixo dos níveis normais nos gases inspirados, no sangue ou no tecido, sem ser anoxia que é a ausência total do oxigênio), os camundongos nocauteados para o receptor de insulina específicamente das células do endotélio vascular (VENIRKO) mostraram um decréscimo de 57% na neovascularização da retina comparados aos controles, os quais foram associados com uma ascenção errada dos mediadores vasculares VEGF (omim 192240), eNOS (NOS3; omim 163729), e endotelina 1 (EDN1; omim 131240). Camundongos com nocaute específico do receptor de Igf1 em células do endotélio vascular (VENIFARKO) mostraram somente uma redução de 34% na neovascularização e uma redução muito modesta na geração dos mediadores. Kondo e outros (2003) concluíram que ambas as sinalizações da insulina e do IGF1 no endotélio desempenham um papel na neovascularização da retina através da expressão de mediadores vasculares, com a insulina tendo o maior efeito.

Através de análises de mosaicos da função do receptor de insulina no camundongo, Kitamura e outros (2004) demonstraram que a insulina regula o crescimento independentemente do metabolismo e que o número de receptores de insulina é um importante determinante para a especificidade da ação da insulina. Eles geraram camundongos com mosaicismos celulares variáveis para alelos nulos do Insr. A remoção (do Insr) em aproximadamente 80% das células causou extremo retardo do crescimento, lipoatrofia, e hipoglicemia, uma constelação clínica que relembra a síndrome de Donohue em humanos. (omim 246200 – Donohue e Uchida (1954) observaram duas irmãs com as seguintes características: aparente cessação do crescimento próxima ao sétimo mês de gestação, faces peculiares gerando uma aparência de gnomo (nanismo?) e levando à designação, e severa interrupção endócrina indicada pelo emagrecimento, aumento dos seios e dos clitóris e alterações histológicas nos ovários, pâncreas e seios. Três abortos (uma criança aos 4 meses, e as outras mais cedo) foram experimentados por essa mãe. As pacientes faleceram aos 46 e 66 anos de idade respectivamente.) A remoção do Insr em 98% das células, embora resultasse em similar retardo no crescimento e lipoatrofia, causou diabetes sem hiperplasia das células beta. O retardo no crescimento foi associado com um aumento maior que 60 vezes na expressão da proteína 1 de ligação ao fator de crescimento de tipo insulina (IGFBP1; omim 146730).

Nos camundongos, a remoção genética dos receptores de insulina causam morte pós-natal precoce a partir da ketoacidose diabética (Accili e outros, 196). Okamoto e outros (2004) mostraram que a restauração combinada da função do receptor de insulina no cérebro, fígado e nas células beta pancreáticas resgatou o camundongo nocauteado para Insr da morte neonatal, preveniu o diabetes na maioria dos animais, e normalizou o conteúdo de tecido adiposo, a extensão de vida, e a função reprodutiva. Em contraste, camundongos com expressão limitada do receptor de insulina no cérebro ou no fígado e nas células beta do pâncreas foram resgatados da morte neonatal, mas desenvolveram o diabetes lipoatrófico e morreram prematuramente. Okamoto e outros (2004) concluíram que a sinalização do receptor de insulina em tecidos alvo não canônico da insulina é suficiente para manter a homeostase de combustível e impedir o diabetes.

Corl e outros (2005) descobriram que a inibição específica do receptor de insulina ou de sua via de sinalização no sistema nervoso levou ao aumento da sensitividade ao etanol na Drosófila.
Ueki e outros (2006) criaram camundongos carentes de ambos o Insr e do receptor de fator 1 de crescimento de tipo insulina somente nas células beta pancreáticas. Esses camundongos nasceram com o complemento norma de ilhas de células, mas três semanas após o nascimento, eles desenvolveram o diabetes, em contraste com os fenótipos medianos observados em mutantes singulares (camundongos mutados em só um dos receptores). Às duas semanas de idade, os camundongos duplamente nocauteados especificamente para as células beta normoglicêmicas apresentaram reduzida expressão de Akt (omim 164730 – As cinases 3 fosfoinositídeo (fosfatidilinositol, fosfolipídio que contém inositol), ou PI3Ks (veja PIK3CA, omim 171834), geram lipídios, que contém inositol, específicos e implicados na regulação do crescimento celular, proliferação, sobrevivência, diferenciação e mudanças no citoesqueleto. Um dos alvos melhor caracterizados como produtos lipídicos de PI3K é a proteína cinase AKT, ou proteína cinase B (PKB). Em células quiescentes, as PKB residem no citosol numa conformação de baixa atividade. Na estimulação celular, a PKB é ativada através do recrutamento para a membrana celular pelos produtos lipídicos da PI3K e pela fosforilação pela cinase 1 dependente de fosfoinositídeo na ponta 3 (PDPK1; omim 605213).)

Biddinger e outros (2008) geraram camundongos nocauteados para o Insr específico do fígado (LIRKO) e observaram uma marcada predisposição para a formação de cálculos biliares (colélito) de colesterol (Os cálculos biliares são formados de uma mistura de colesterol, bilirrubinato de cálcio e carbonato de cálcio, e ocasionalmente, como um cálculo puro composto apenas de uma dessas substâncias.), com todos os camundongos LIPKO desenvolvendo cálculos biliares após 12 semanas de dieta litogênica. Essa predisposição foi devida a ao menos dois mecanismos distintos: desinibição do gene Foxo 1 (omim 136533), o qual aumentou a expressão dos transportadores do colesterol biliar Abcg5 (omim 605459) e Abcg8 (omim 605460), resultando num aumento da secreção do colesterol biliar e diminuição da expressão de enzimas sintetizadoras de ácidos biliares, particularmente a Cyp7b1 (omim 603711), a qual produziu parcial resistência ao receptor de farnesoide X (NR1H4, omim 603826, obs.: o farnesol é um grupamento presente na cadeia lateral da vitamina K2 e no esqualeno [http://pt.wikipedia.org/wiki/Esqualeno]), levando a um perfil de sais biliares litogênico. Biddinger e outros (2008) concluíram que a resistência à insulina hepática proporciona a ligação entre a síndrome metabólica (605552) e a aumentada suscetibilidade ao cálculo biliar de colesterol.



Fonte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=147670