PGC1A reglează raportul IRS1 IRS2 în timpul postului pentru a influența metabolismul hepatic în aval de

Găsiți acest autor pe Google Scholar
Găsiți acest autor pe PubMed
Căutați acest autor pe acest site
Record ORCID pentru Jennifer L. Estall
Pentru corespondență: [email protected]

Editat de Marc Montminy, Institutul Salk pentru Studii Biologice, La Jolla, CA și aprobat la 18 ianuarie 2019 (primit pentru revizuire 2 septembrie 2018)

Semnificaţie

Ficatul joacă roluri cruciale în controlul homeostaziei glucozei în timpul ciclului de hrănire rapidă. Răspunde la insulină și glucagon fie pentru a stoca, fie pentru a furniza glucoză altor organe. Rezistența la insulină este un semn distinctiv al bolilor metabolice, cum ar fi diabetul de tip 2 și bolile hepatice grase nealcoolice. S-au făcut asocieri între nivelurile hepatice scăzute ale receptorului activat cu proliferatorul peroxizomului gamma coactivator 1-alfa (PGC1A) și rezistența la insulină hepatică, dar mecanismele de bază sunt evazive. Arătăm că PGC1A controlează raportul hepatic dintre substraturile receptorului de insulină 1 (IRS1) și expresia IRS2, esențiale pentru definirea semnalului precis de insulină în hepatocite pentru a răspunde la post și hrănire. Important, PGC1A este cheia pentru suprimarea mediată de insulină a producției hepatice de glucoză.

Abstract

Coactivatorul gamma 1 alfa al receptorului activat cu proliferator de peroxizom (PGC1A) este un coactivator transcripțional dintr-o familie care include alți doi membri, receptorul activat al proliferatorului peroxizomului, gamma coactivator 1-beta (PGC1B) și receptorul activat al proliferatorului peroxizomului, receptor al co-activatorului proteinei gamma 1 (PPRC1), care leagă factorii de transcripție pentru a spori expresia mai multor gene implicate în metabolismul nutrienților (4). PGC1A reglează răspunsul hepatic la post prin promovarea gluconeogenezei (5), catabolismului lipidic (6) și detoxifierii speciilor reactive de oxigen produse de mitocondrii (7). Reducerile expresiei PGC1A sunt asociate cu rezistența la insulină hepatică în diabet și NAFLD la om (8 ⇓ –10). Modelele de șoareci sugerează că reducerile fiziologice ale PGC1A perturbă semnalizarea insulinei în ficat (6, 7), iar șoarecii cu PGC1A hepatic scăzut sunt mai sensibili la steatoza hepatică și hipertrigliceridemie, semnele distinctive ale rezistenței la insulină (6, 11, 12).

Până acum, nu era clar dacă modificările sensibilității la insulină hepatică legate de activitatea PGC1A se datorează efectelor asupra metabolismului mitocondrial și/sau al acizilor grași care măresc acumularea de lipide și deteriorarea oxidativă (6, 7, 11 ⇓ ⇓ –14) sau reglarea directă a genelor care controlează calea de semnalizare a insulinei (15). Folosind modele de câștig și pierdere a funcției în hepatocitele primare de șoarece, arătăm că PGC1A reglează expresia multor componente din amonte ale căii de semnalizare a insulinei în hepatocite, mai ales nivelurile IRS. Arătăm că PGC1A influențează echilibrul dintre expresia IRS1 și IRS2 în celulele hepatice și, ca rezultat, coactivatorul joacă un rol cheie în controlul gluconeogenezei mediat de insulină în timpul tranziției post-alimentat.

Rezultate

Nivelurile PGC1A influențează fosforilarea AKT stimulată de insulină.

Datele conflictuale din diferite modele de pierdere a funcției au înțeles complicat dacă PGC1A inhibă sau activează semnalizarea insulinei în ficat (6, 7, 15). Pentru a aborda această întrebare, am evaluat mai multe aspecte ale căii de semnalizare a insulinei utilizând studii de câștig și pierdere a funcției în hepatocitele primare de șoarece. Paradoxal, atât eliminarea completă, cât și supraexprimarea PGC1A au crescut fosforilarea AKT S473 ca răspuns la insulină (Fig. 1 A și B). Creșterile fosforilării AKT nu s-au datorat creșterilor compensatorii ale PGC1B (7), deoarece fosforilarea AKT indusă de insulină a crescut în mod similar la hepatocitele șoarecilor lipsiți de ambii coactivatori (dublu knockout LA/BKO) (Fig. 1C și SI Anexa, Fig. S1A ). Diferențele în fosforilarea AKT nu au fost, de asemenea, datorate semnalizării sporite a receptorului de insulină, deoarece nivelurile de proteine ale receptorului de insulină și fosforilarea indusă de ligand (Y1146) nu au fost afectate de pierderea PGC1A (Fig. 1D). Supraexprimarea PGC1A a dus la scăderea fosforilării receptorului de insulină ca răspuns la insulină, în ciuda nivelurilor sporite de p-Akt S473 și p-AKT T308 (Fig. 1 B și E). Astfel, în timp ce aceste date au confirmat PGC1A ca un modulator important al semnalizării insulinei hepatice, rezultatele nu au fost ușor de explicat prin legăturile descrise anterior între PGC1A și acțiunea insulinei (7, 15).

Nivelurile PGC1A influențează fosforilarea AKT stimulată de insulină. Imunoblote de proteine din hepatocite primare de șoarece tratate cu insulină 100 nM timp de 15 minute (sau timpul indicat). Activarea căii de semnalizare a insulinei în hepatocite de la șoareci (A și D) masculi WT și LH (heterozigot hepatic-PGC1A) și LKO (knockout hepatic-PGC1A). (B și E) Hepatocite infectate cu adenovirusuri care exprimă controlul vectorului (AdCTL) sau PGC1A sau (C) șoareci PGC1A și PGC1B dublu-hepatici specifici ficatului (LA/BKO). Toate experimentele au fost efectuate de cel puțin două ori și fiecare bandă reprezintă un mouse individual.

Nivelurile PGC1A afectează expresia genetică a jucătorilor cheie de semnalizare a insulinei.

Deoarece diferite proteine pot regla direct sau indirect fosforilarea AKT ca răspuns la insulină (2), am emis ipoteza că, ca coactivator transcripțional, PGC1A ar putea controla diferențial expresia unuia sau mai multor dintre acești intermediari. Supraexprimarea PGC1A în hepatocitele primare a crescut semnificativ expresia Insr, Irs2, Mtor, Rictor, Raptor și Rheb, în timp ce scade Irs1, Pi3kr1 și Deptor (Fig. 2A). Așa cum era de așteptat, modificarea PGC1A/B a modificat nivelurile de ARNm ale genelor care controlează procesele mitocondriale (Anexa SI, Fig. S1 B și C). Supraexprimarea PGC1B a avut efecte similare asupra căii de semnalizare a insulinei, cu excepția nivelurilor de Insr, Rictor și Deptor care au fost neschimbate (Fig. 2B). Modelul reciproc al expresiei Irs a fost observat în hepatocitele dublu KO PGC1A/B, cu Irs1 crescut semnificativ și Irs2 scăzut (Fig. 2C), în timp ce Pi3kr1 și Rheb au fost în mod similar scăzute fie prin pierderea, fie prin câștigul expresiei PGC1.

Nivelurile PGC1A afectează expresia genelor membrilor cheie ai căii de semnalizare a insulinei. Exprimarea genei prin qPCR în hepatocitele primare de șoarece. Celule WT infectate cu adenovirus care supraexprimă (A) PGC1A, (B) PGC1B sau (C) hepatocite primare izolate de la șoareci LA/BKO. Experimentele au fost efectuate cel puțin de două ori cu n = 4 ± SEM * P S473 ca răspuns la insulină (17) (apendicele SI, fig. S3), explicând potențial de ce s-a observat supraactivarea AKT atât după supraexprimare (fig. 1B), cât și prin eliminarea Fig. .1 A și C și 3B) din PGC1A.

PGC1A reglează expresia proteinei IRS. Imunoblote de proteine din hepatocite primare tratate timp de 15 minute cu insulină 100 nM. (A) Celulele care supraexprimă controlul vectorului (CTL), PGC1A sau PGC1B. (B) Celule de la șoareci LA/BKO. (C) Raportul p-AKT la t-AKT în celulele care supraexprimă PGC1A sau PGC1B (n = 4 ± SEM, efectuate de cel puțin două ori).