Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13241
Title: Η μοριακή μελέτη της διακίνησης του μεταφορέα γλυκόζης GLUT4 στα λιποκύτταρα ατόμων με νοσογόνο παχυσαρκία
Other Titles: The molecular study of the glucose transporter GLUT4 trafficking in the adipocytes of people with morbid obesity
Authors: Μουρελάτου, Ρόζα
Keywords: Νοσογόνος παχυσαρκία
ΣΔ ΙΙ
Λιπώδης ιστός
Γλυκόζη
Keywords (translated): Morbid obesity
DM II
GLUT4
AQP7
Akt II
PI3K
AdipoR1
APPL1
Abstract: Η παχυσαρκία συνιστά μια επιδημία παγκόσμιας εμβέλειας, που συχνά συνοδεύεται από Αντίσταση στην Ινσουλίνη (ΑΙ), Μεταβολικό Σύνδρομο (ΜΣ), Σακχαρώδη Διαβήτη τύπου ΙΙ (ΣΔ ΙΙ) και αυξημένη επίπτωση καρδιαγγειακών συμβαμάτων, ιδιαίτερα στα άτομα με νοσογόνο παχυσαρκία (ΒΜΙ≥40). Στην παχυσαρκία των ενηλίκων η παθολογική αναδιαμόρφωση του λιπώδους ιστού (ΛΙ), χαρακτηρίζεται από υπερτροφία, φλεγμονή και διαταραχή της έκκρισης αντιποκινών, ορμονών που παράγονται στον ΛΙ (π.χ. χαμηλή έκκριση αντιπονεκτίνης), με τελικό αποτέλεσμα την ανάπτυξη τοπικής και στη συνέχεια συστηματικής ΑΙ. Τα λιποκύτταρα ατόμων με νοσογόνο παχυσαρκία και ΑΙ συνήθως εμφανίζουν διαταραχές στο ενδοκυττάριο σηματοδοτικό μονοπάτι της ινσουλίνης και της αντιπονεκτίνης, με κεντρικό παθοφυσιολογικό γεγονός, την αδυναμία μεταφοράς στην κυτταροπλασματική μεμβράνη (ΚΠΜ) του μεταφορέα γλυκόζης, GLUT4. Φυσιολογικά η ινσουλίνη ενεργοποιεί τον υποδοχέα της και ακολουθεί αλυσιδωτή ενεργοποίηση των εξής μορίων: IRS1 (υπόστρωμα του υποδοχέα της ινσουλίνης), PI3K (κινάση της 3-φωσφατίδυλοϊνοσιτόλης) και ΡΚΒ/Akt ΙΙ (πρωτεϊνική κινάση Β). Επιπλέον, η αντιπονεκτίνη ασκεί αυτοκρινή δράση στο ΛΙ και συνδεόμενη με τον υποδοχέα της, AdipoR1, ενεργοποιεί το APPL1 (πρωτεΐνη προσαρμογέας του υποδοχέα της αδιπονεκτίνης). Τελικό αποτέλεσμα των παραπάνω σηματοτοδοτήσεων, είναι η μεταφορά του GLUT4 στην ΚΠΜ για την πρόσληψη γλυκόζης. Η GTPάση Rab5, ενεργοποιείται από το Gapex5 και συμμετέχει ενεργά και στα δύο προαναφερόμενα σηματοδοτικά μονοπάτια. Επιπλέον στην παθοφυσιολογία της ΑΙ, φαίνεται ότι συμμετέχει η ακουαγλυκεροπορίνη7 (AQP7), η οποία μεσολαβεί την έξοδο της παραγόμενης από τη λιπόλυση γλυκερόλης, στην κυκλοφορία. Σκοπός: Να μελετηθούν οι ενδοκυττάριοι μηχανισμοί διακίνησης της γλυκόζης και της γλυκερόλης από τον GLUT4 και την AQP7, αντίστοιχα και η πιθανή συμμετοχή των μεταγωγικών μονοπατιών της ινσουλίνης (p85 υπομονάδα της ΡΙ3Κ, Akt ΙΙ, Rab5 και Gapex5) και της αντιπονεκτίνης (AdipoR1 και APPL1) των ώριμων λιποκυττάρων, στην παθοφυσιολογία της Νοσογόνου Παχυσαρκίας, της Αντίστασης στην Ινσουλίνη και του Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου ΙΙ, που εμφανίζουν ορισμένοι παχύσαρκοι. Μεθοδολογία: Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκαν πρωτογενείς καλλιέργειες ώριμων λιποκυττάρων από χειρουργικές βιοψίες Ενδοκοιλιακού (Ενδ), Υποδόριου κοιλιακού (ΥποΚ) και υποδόριου Γλουτιαίου (Γλτ) λίπους, από 20 λεπτόσωμους (ΒΜΙ≤ 25 Kg/m2) και 36 νοσογόνα παχύσαρκους (ΒΜΙ>40 Kg/m2), που διαιρέθηκαν σε δύο ομάδες, βάσει της ύπαρξης ΣΔ ΙΙ (ΝΠΣΔ) ή όχι (ΝΠΧ). Η σχετική έκφραση του mRNA και της πρωτεΐνης των μορίων GLUT4, ΡΙ3Κp85, Akt ΙΙ, Rab5, Gapex5, αντιπονεκτίνη, AdipoR1, APPL1και AQP7 προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο RT-PCR και Ανοσοαποτύπωση κατά Western, αντίστοιχα. Πλήρης βιοχημικός έλεγχος διενεργήθηκε σε δείγματα αίματος. Τα επίπεδα της ινσουλίνης, της HMW (High Molecular Weight) αντιπονεκτίνης και της γλυκερόλης ορού μετρήθηκαν με τη μέθοδο ELISA και υπολογίστηκε ο δείκτης ινσουλινοαντίστασης HOMA-IR. Αποτελέσματα: Όσον αφορά τις μετρήσεις στον ορό του αίματος, η γλυκερόλη βρέθηκε αυξημένη, ενώ αντίθετα η HMW αντιπονεκτίνη μειωμένη, στους ΝΠΧ και ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους. Η μελέτη της έκφρασης των μορίων του μονοπατιού της ινσουλίνης, ανέδειξε ότι: 1) η πρωτεΐνη του GLUT4 ήταν στατιστικώς σημαντικά μειωμένη στο Ενδ και στο ΥποΚ στους παχύσαρκους, τους ΝΠΧ και τους ΝΠΣΔ και στο Γλτ στους παχύσαρκους και τους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και 2) το Akt II mRNA ήταν μειωμένο στο ΥποΚ στους παχύσαρκους, στους ΝΠΧ και ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους. Στην ανοσοαποτύπωση κατά Western αναγνωρίστηκαν δύο ζώνες του Akt II, στα 60 και 65kDa, που ονομάστηκαν Akt II και pAkt II, αντίστοιχα. 3) Το pAkt II (που αντιπροσωπεύει τη φωσφορυλιωμένη ισομορφή του Akt II στη βασική κατάσταση) μειωνόταν στο ΥποΚ των ΝΠΧ, συγκριτικά με τους ΝΠΣΔ, ενώ το Akt II μειωνόταν στο ΥποΚ στους ΝΠΧ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους, 4) η έκφραση του PI3Kp85 mRNA στο Γλτ στους παχύσαρκους ήταν υψηλότερη, συγκριτικά με τις άλλες αποθήκες ΛΙ και στους ΝΠΧ και στους ΝΠΣΔ ήταν αυξημένη, συγκριτικά με το Ενδ, ενώ το PI3Kp85 mRNA στο Ενδ στους παχύσαρκους και ειδικά στους ΝΠΣΔ, συσχετίστηκε θετικά με την Ινσουλίνη ορού και τον HOMA-IR. 5) H πρωτεΐνη PI3Kp85 βρέθηκε σημαντικά αυξημένη στο ΥποΚ στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και τους ΝΠΧ. 6) Το Rab5 mRNA στο Ενδ των λεπτόσωμων είχε χαμηλότερη έκφραση, σε σχέση με το Γλτ, ενώ 7) η Rab5 πρωτεΐνη στο Γλτ ήταν αυξημένη στους παχύσαρκους και ιδιαίτερα στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με το ΥποΚ και οι παχύσαρκοι, οι ΝΠΧ και οι ΝΠΣΔ είχαν μειωμένη Rab5 στο ΥποΚ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και 8) οι ΝΠΣΔ είχαν αυξημένο Gapex5 στο ΥποΚ, συγκριτικά με τους ΝΠΧ. Αναφορικά με το μονοπάτι της αντιπονεκτίνης, βρέθηκε ότι: 1) η ενδοκυττάρια αντιπονεκτίνη ήταν αυξημένη στο ΥποΚ και Γλτ στους παχύσαρκους, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους, 2) το AdipoR1 mRNA ήταν αυξημένο στο Ενδ και στο Γλτ στους παχύσαρκους και τις υποκατηγορίες τους, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και αυξημένο στο Γλτ στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με το ΥποΚ, 3) η AdipoR1 πρωτεΐνη ήταν αυξημένη στο Γλτ στους παχύσαρκους και στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και συγκριτικά με το Ενδ, 4) το APPL1 mRNA βρέθηκε μειωμένο στο Ενδ και στο Γλτ στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους ΝΠΧ, ενώ ειδικά στο Γλτ ήταν μειωμένο στους ΝΠΣΔ σε σχέση με τους λεπτόσωμους και 5) η πρωτεΐνη APPL1 παρουσίαζε μείωση στο Ενδ στους παχύσαρκους και τους ΝΠΧ και στο ΥποΚ στους παχύσαρκους και τους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους, ενώ στο Γλτ οι ΝΠΣΔ είχαν μειωμένο APPL1, συγκριτικά με τους ΝΠΧ. Η μελέτη της πρωτεΐνης της ακουαγλυκεροπορίνης 7 ανέδειξε μία νέα ισομορφή παρατηρούμενου μοριακού μεγέθους 37kDa. Η 41kDa ισομορφή δεν παρουσιάζει στατιστικώς σημαντικές διαφορές, αλλά οι 37 και 34kDa ισομορφές της AQP7 βρέθηκαν στατιστικώς σημαντικά μειωμένες στο Ενδ και στο ΥποΚ στους παχύσαρκους και τις υποκατηγορίες τους, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους. Ειδικά η 34kDa ισομορφή της AQP7 εμφάνιζε μειωμένη έκφραση στο ΥποΚ στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους ΝΠΧ. Συμπεράσματα: Οι ΝΠΣΔ έχουν αναπτύξει πλήρη-προχωρημένη δυσλειτουργία του μονοπατιού της ινσουλίνης, λόγω της μειωμένης πρωτεϊνικής έκφρασης (ΠΕ) του GLUT4 σε όλες τις αποθήκες του λιπώδους ιστού, καθώς έχει δειχθεί ότι από μόνη της η χαμηλή έκφραση του GLUT4 του ΛΙ, δύναται να διαταράξει την συνολική ομοιόσταση της γλυκόζης στον οργανισμό. Στον υποδόριο γλουτιαίο ΛΙ η ΠΕ του GLUT4 στους ΝΠΧ, του APPL1 στους παχύσαρκους συνολικά και ειδικά στους ΝΠΧ, των pAkt II/Akt II και των 37 και 34kDa ισομορφών της AQP7 στους ΝΠΧ και ΝΠΣΔ, διατηρείται στα επίπεδα των λεπτόσωμων. Παράλληλα η έκφραση του mRNA της PI3Kp85 στους ΝΠΧ και ΝΠΣΔ και του Rab5 mRNA στους λεπτόσωμους βρέθηκαν αυξημένα στο Γλτ σε σύγκριση με το Ενδ, ενώ η Rab5 πρωτεΐνη ήταν αυξημένη στους παχύσαρκους και ιδιαίτερα στους ΝΠΣΔ, στο Γλτ συγκριτικά με το ΥποΚ. Οι παχύσαρκοι και ειδικά οι ΝΠΣΔ στο Γλτ παρουσιάζουν αυξημένη έκφραση του AdipoR1, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και σε σχέση με τις υπόλοιπες αποθήκες. Τα παραπάνω ευρήματα, πιθανόν αντικατοπτρίζουν την προσπάθεια του υποδόριου γλουτιαίου λίπους, ως πιο ενεργής μεταβολικά αποθήκης ΛΙ, να αυξήσει την ευαισθησία του στην ινσουλίνη, μέσω του σηματοδοτικού μονοπατιού της ινσουλίνης και της αντιπονεκτίνης, που είναι αποτελεσματική για τους ΝΠΧ, αλλά δεν επαρκεί στα πλαίσια της συστηματικής ΑΙ των ΝΠΣΔ. Τόσο οι ΝΠΧ όσο και οι ΝΠΣΔ στο ΥποΚ μειώνουν την πρωτεϊνική έκφραση της Rab5, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους, ενώ οι ΝΠΣΔ αυξάνουν το Gapex5 και το pAkt II, σε σύγκριση με τους ΝΠΧ. Στους ΝΠΣΔ η ενίσχυση του Gapex5, ως ενεργοποιητή της Rab5 και του pAkt II, δηλαδή της μόνης ισομορφής του Akt ΙΙ, που μπορεί να ενεργοποιηθεί από την ινσουλίνη, πιθανά αντανακλά αντιρροπιστικό μηχανισμό για την ενίσχυση του μονοπατιού της ινσουλίνης, σε αυτή την επιβαρυμένη, μεταβολικά, ομάδα ασθενών. Επιπλέον και η p85 υπομονάδα της ΡΙ3Κ ασκεί ρυθμιστικό ρόλο στην Rab5, καθώς επιτρέπει την μετατόπιση της Rab5 στην ΚΠΜ, ώστε να ενεργοποιηθεί διαδοχικά η καταλυτική δράση της ΡΙ3Κ και το Akt ΙΙ. Η ΡΙ3Κp85, εν συνεχεία απενεργοποιεί την Rab5. Το μονοπάτι ΡΙ3Κ/Akt επάγει την λιπογένεση, που κυριαρχεί στα υπερτροφικά λιποκύττραρα της παχυσαρκίας και ειδικά η ΡΙ3Κp85 σχετίζεται με την ΑΙ και τον ΣΔ ΙΙ. Στα δικά μας αποτελέσματα στους ΝΠΣΔ στο ΥποΚ, η ΠΕ της ΡΙ3Κp85 βρέθηκε αυξημένη, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους και τους ΝΠΧ, ενώ της Rab5 και του GLUT4 μειωμένοι, σε σχέση με τους λεπτόσωμους. Το PI3Kp85 mRNA στους παχύσαρκους και ειδικά στους ΝΠΣΔ σχετίστηκε θετικά με την Ινσουλίνη ορού και τον δείκτη HOMA-IR. Συνεπώς, στον ΥποΚ ΛΙ των ΝΠΣΔ, η υπερέκφραση της p85 υπομονάδας της PI3K είναι πιθανό να οφείλεται για την δυσλειτουργία του μονοπατιού της ινσουλίνης, όπως αντανακλάται από τα χαμηλά επίπεδα του GLUT4, ασκώντας ανασταλτική επίδραση στην Rab5. Η υπερέκφραση της ΡΙ3Κp85 ενισχύει ή ευθύνεται για την Αντίσταση στην Ινσουλίνη του υποδόριου κοιλιακού λιπώδους ιστού και επάγει την περαιτέρω συσσώρευση λιπιδίων στα ήδη υπερτροφικά λιποκύτταρα, συμβάλλοντας στην παθολογική εξάντληση του ΥποΚ και τελικά την ανάπτυξη συστηματικής ΑΙ των ΝΠΣΔ. Αναφορικά με την μελέτη του μονοπατιού της αντιπονεκτίνης, παρατηρήθηκε μειωμένη συγκέντρωση της HMW αντιπονεκτίνης στον ορό των παχύσαρκων και των υποκατηγοριών τους, σε συμφωνία με προηγούμενες μελέτες. Επιπλέον βρέθηκε ότι η πρωτεΐνη APPL1 μειώνεται στους παχύσαρκους και τους ΝΠΧ στο Ενδ και στους παχύσαρκους και τους ΝΠΣΔ στο ΥποΚ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους. Οι ΝΠΣΔ στο Γλτ μειώνουν το APPL1 mRNA και την πρωτεΐνη, συγκριτικά με τους ΝΠΧ, ενώ οι ΝΠΧ παρουσιάζουν παρόμοια των λεπτόσωμων επίπεδα. Αντίθετα η ΠΕ του AdipoR1 δεν μεταβάλλεται στο Ενδ και ΥποΚ, ενώ αυξάνεται στους ΝΠΣΔ στο Γλτ, συγκριτικά με τους λεπτόσωμους. Συνεπώς η διαταραχή του μονοπατιού της αντιπονεκτίνης, εκφράζεται με μειωμένη έκφραση του APPL1 και μάλιστα το APPL1 φαίνεται να είναι το αίτιο που προκαλεί μεταβολική δυσλειτουργία των ιστών αυτών και διαταραχή στην ομοιόσταση της γλυκόζης, που χαρακτηρίζει τα λιποκύτταρα των νοσογόνα παχύσαρκων, όπως αποδίδεται από την μειωμένη ΠΕ του GLUT4, σε όλες τις αποθήκες λιπώδους ιστού και με μεγαλύτερη επίπτωση στους ΝΠΣΔ. Όσον αφορά την ακουαγλυκεροπορίνη 7, που οφείλεται για την έξοδο της γλυκερόλης, έχουν μελετηθεί οι ισομορφές μοριακού βάρους 41kDa και 34kD, αλλά για πρώτη φορά περιγράφεται η ισομορφή μοριακού βάρους 37kDa. Ενώ οι 37 και 34kDa ισομορφές της AQP7 μειώνονται στο Ενδ και το ΥποΚ, συνολικά στους παχύσαρκους και στις υποκατηγορίες τους, παρατηρήθηκε αύξηση της γλυκερόλης ορού στους παχύσαρκους. Μια πιθανή εξήγηση συνιστά η ενισχυμένη δράση της AQP7 στα μυοκύτταρα. Επιπλέον η 34kDa ισομορφή στο ΥποΚ μειώνεται και στους ΝΠΣΔ, συγκριτικά με τους ΝΠΧ, άρα πιθανά συνιστά έναν δείκτη της ευαισθησίας στην ινσουλίνη στα πλαίσια της νοσογόνου παχυσαρκίας. Αντίθετα η 41kDa ισομορφή δεν παρουσιάζει μεταβολές μεταξύ λεπτόσωμων και παχύσαρκων. Έχει προταθεί ότι οι διαφορετικές ισομορφές της AQP7 προκύπτουν από την αρχική πρωτεΐνη με μετα-μεταφραστική τροποποίηση, που διαφέρει από την Ν-γλυκοζυλίωση, πιθανά πρόκειται για Ο-γλυκοζυλίωση. Ενίσχυση της Ο-γλυκοζυλίωσης σχετίζεται με γλυκοτοξικότητα, ΑΙ και ΣΔ ΙΙ, καθώς αναστέλλει το μονοπάτι της ινσουλίνης. Συνεπώς υποθέτουμε ότι η αύξηση της GlcNAc τρανσφεράσης, του ενζύμου που καταλύει την Ο-γλυκοζυλίωση, μεσολαβεί στην δημιουργία των πιο γλυκοζυλιωμένων ισομορφών 41 και 37 kDa της AQP7, πιθανά τις πιο ενεργές, σε μια προσπάθεια να αντιρροπιστεί η δυσλειτουργία των λιποκυττάρων στην παχυσαρκία, που χαρακτηρίζονται από μειωμένη βασική λιπόλυση και διαταραχή στην ομοιόσταση της γλυκόζης, με διατήρηση της εξόδου της γλυκερόλης στην κυκλοφορία, προς αποφυγή της υπερτροφίας. Τα caveolae συνιστούν μικροδομές εντός των πλούσιων σε χοληστερόλη λιπιδικών σχεδιών της ΚΠΜ, που εμπλέκονται στην έναρξη του ΡΙ3Κ/Akt κλάδου του μονοπατιού της ινσουλίνης και παρέχουν την αναγκαία διαμόρφωση της ΚΠΜ για τη σύντηξη των κυστιδίων μεταφοράς του GLUT4. Στην παχυσαρκία η μείωση της συγκέντρωσης της χοληστερόλης στα caveolae, οδηγεί σε υπερτροφία, αναστολή της σηματοδότησης της ινσουλίνης και μειωμένη έκφραση του GLUT4 στα λιποκύτταρα, τα οποία χαρακτηρίζονται από μειωμένη βασική και επαγόμενη από κατεχολαμίνες λιπόλυση. Συνεπώς στους νοσογόνα παχύσαρκους η μειωμένη πρωτεϊνική έκφραση των 37 και 34 kDa ισομορφών της AQP7 πιθανά αντανακλά την μειωμένη βασική λιπόλυση των υπερτροφικών λιποκυττάρων, τα οποία συν τοις άλλοις έχουν και μειωμένη χοληστερόλη στα caveolae της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Στην παχυσαρκία η συσσώρευση των τριγλυκεριδίων στη λιποσταγόνα επιδεινώνει την ήδη υπάρχουσα υπερτροφία και έχει ως αποτέλεσμα την διαταραχή του μονοπατιού της ινσουλίνης, όπως αποδεικνύεται από την μειωμένη έκφραση του GLUT4 σε όλες τις αποθήκες λιπώδους ιστού και ανεξάρτητα από την ύπαρξη συνοδού ΣΔ ΙΙ ή όχι και μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη συστηματικής αντίστασης στην ινσουλίνη και να αυξήσει τον κίνδυνο για Σακχαρώδη Διαβήτη τύπου ΙΙ.
Abstract (translated): Obesity constitute a worldwide epidemic and is often, accompanied by Insulin Restistance (IR), Metabolic Syndrome (MS), Diabetes Mellitus type II (DM II) and increased incidence of cardiometabolic disease, especially in the mobidly obese people (BMI ≥ 40). In adult obesity, adipose tissue (AT) undergo pathologic remodeling, which is characterized by hypertrophy, inflammation, altered secretion of adipokines, hormones produced by AT (for example low adiponectin secretion) and development of local and subsequent systematic IR. Adipocytes of morbidly obese with Insulin Resistance, usualy demonstrate disfunction of the intracellular pathway of insulin and adiponectin. The main pathophysiologic event is the disturbance of glucose transporter, GLUT4 trafficking to the plasma membrane (PM). Normally, insulin activates its receptor with sequential activation of the molecules: Insulin Receptor Substrate 1 (IRS1), Phosphatidylinositol 3 Kinase (PI3K) and Protein Kinase B, ΡΚΒ/Akt ΙΙ. Furthermore, adiponectin’s autocrine function in AT begins with the interaction with its receptor, AdipoR1, which in turn activates APPL1 (Adaptor protein of adiponectin’s receptor). The result of both pathways is the GLUT4 translocation to PM, to facilitate glucose influx. Rab5 GTPase, activated by Gapex5, plays a crucial role in both the aforementioned pathways. Another molecule, related to the development of IR, is aquaglyceroporin 7 (AQP7), which mediates the efflux of lipolysis-derived glycerol to the circulation. Aim: To investigate the intracellular mechanisms of glucose and glycerol trafficking, by GLUT4 and AQP7, respectively and the possible involvement of the transduction pathways of insulin (p85 subunit of ΡΙ3Κ, Akt ΙΙ, Rab5 and Gapex5) and adiponectin (AdipoR1 and APPL1), of mature adipocytes, in the pathophysiology of morbid obesity, insulin resistance and diabetes mellitus type II, comorbidities of some obese people. Materials and methods: For this purpose, primary cultures of mature adipocytes were developed from surgery obtained biopsies from visceral (Visc), abdominal subcutaneous (Sub) and gluteal subcutaneous (Glut) fat depot, from 20 lean (BMI≤ 25 Kg/m2) and 36 morbidly obese (BMI>40 Kg/m2). Morbidly obese divided into two groups based on the existence of DM II, with (MODM) or without DM II (MOW). The relative mRNA and protein expression (PE) of GLUT4, ΡΙ3Κ p85, Akt ΙΙ, Rab5, Gapex5, adiponectin, AdipoR1, APPL1 and AQP7, were relatively quantified with RT-PCR (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction) and Western Immunoblotting, respectively. Full biochemical studies performed in blood samples. Serum Insulin, High Molecular Weight (HMW) adiponectin and glycerol measured using ELISA, whereas insulin resistance index, HOMA-IR calculated. Results: Regarding serum measurments, glycerol was elevated, while HMW adiponectin found reduced in MOW and MODM, compared to the lean. The study of the expression of the insulin pathway’s molecules, revealed that: 1) GLUT4 protein significantly decreased in Visc and Sub of obese, MOW and MODM and in Glut of obese and MODM, compared to the lean and 2) Akt II mRNA reduced in Sub of obese, MOW and MODM, in comparison to the lean. During Western Immunoblotting two bands of Akt II, identified, at 60 and 65kDa and named as Akt II and pAkt II, respectively. 3) pAkt II (representing the basically phosphorylated isoform of Akt) was decreased in Sub of MOW, compared to MODM, while Akt II protein expression was reduced in Sub of MOW, in comparison to the lean. Furthermore, 4) PI3K p85 mRNA of Glut in obese was induced, compared to the other fat depots and in MOW and MODM was elevated, compared to Visc, while PI3K p85 mRNA in Visc of obese and especially of MODM was positively correlated with serum insulin and HOMA-IR. 5) PI3K p85 protein found statistical significantly increased in Sub of MODM, compared to the lean and to MOW. 6) Rab5 mRNA was decreased in Visc of lean, compared to Glut, while 7) Rab5 protein was induced in obese and MODM in Glut, compared to Sub and Rab5 protein in Sub of obese, MOW and MODM was reduced, compared to the lean, and 8) MODM had increased protein expression of Gapex5 in Sub, compared to MOW. Regarding the adiponectin pathway, our results showed that: 1) the intracellular relative concentration of adiponectin increased in Sub and Glut of obese compared to the lean. 2) AdipoR1 mRNA induced in Visc and Glut of obese, and both groups, compared to the lean and increased in Glut of MODM compared to Sub and 3) AdipoR1 protein increased in Glut of obese and MODM, compared to the lean and to the Visc depot. 4) APPL1 mRNA found reduced in Visc and Glut of MODM compared to MOW, while especially in Glut of MODM was reduced, in comparison to the lean. 5) APPL1 protein was found decreased in Visc of obese and MOW and in Sub of obese and MODM, compared to the lean, while MODM in Glut had reduced APPL1 protein, when compared to MOW. The study of aquaglyceroporin 7 protein revealed a new isoform of observed molecular weight of 37kDa. Although, 41kDa isoform appeared with no statistical differences, 37 and 34kDa isoforms of AQP7 significantly decreased in Visc and in Sub of obese and their groups, compared to the lean. Especially 34kDa isoform of AQP7 showed reduced expression in Sub of MODM, compared to MOW. Conclusions: MODM have developed full-advanced dysfunction of the insulin signaling pathway, due to the reduced protein expression of GLUT4 in all three fat depots, since previously reported that low GLUT4 expression, alone, in adipose tissue is capable of disruption of whole body glucose homeostasis. In gluteal subcutaneous AT, PE of GLUT4 of MOW, APPL1 of obese and especially of MOW, pAkt II/Akt II and 37 and 34kDa isoforms of AQP7 of MOW and MODM, was preserved at similar levels as in their respective lean. Alongside the mRNA expression of PI3K p85 of MOW and MODM and of Rab5 mRNA of lean were found increased in Glut, compared to Visc, while Rab5 protein in Glut of obese and MODM was induced in Glut, when compared to Sub. Obese and specifically MODM exhibit increased expression of AdipoR1 in Glut, compared to the lean and to the other fat depots. All the above possibly indicate the effort of gluteal subcutaneous tissue, as a more metabolic active depot of AT, to reinforce insulin sensitivity, through the insulin and adiponectin signaling pathways, which is effective for MOW, but not for systemic insulin resistant MODM. In Sub, MOW as much as MODM had reduced protein expression of Rab5, compared to the lean, while MODM showed increased Gapex5 and pAkt II, compared to MOW. The enhancement of Gapex5, as a Rab5 activator and of pAkt II, the only isoform of Akt that can be activated by insulin, possibly reflect a compensating mechanism for the reinforcement of insulin pathway in adipocytes of MODM, the most metabolically compromised group. Furthermore, p85 subunit of PI3K represents another regulator of Rab5, due to the fact that insulin mediated activation of PI3K p85 allows the translocation of Rab5 to the PM, in order to activate the catalytic action of PI3K and subsequently Akt II. Afterwards, PI3K p85 deactivates Rab5. The PI3K/Akt pathway enhances lipogenesis, which dominates over lipolysis in the hypertrophic adipocytes of obesity and especially PI3K p85 positively correlates to IR and DM II. In our results in Sub of MODM, PE of PI3K p85 found increased, compared to the lean and MOW, while Rab5 and GLUT4 decreased, compared to the lean. PI3K p85 mRNA of obese and specifically MODM was positively correlated to serum insulin and HOMA-IR index. Therefore, in Sub AT of MODM, the overexpression of p85 subunit of PI3K is possibly the cause of insulin pathway dysfunction, reflected by the low GLUT4 expression, suppressing Rab5 expression. As a result, PI3K overexpression, enhances or causes Insulin Resistance of abdominal subcutaneous adipose tissue and further mediates the lipid accumulation in the already, hypertrophic adipocytes and ultimately contributes to the pathologic expansion of Sub and finaly the development of whole body IR of MODM. Regarding the study of the adiponectin pathway, decreased concentration of serum HMW adiponectin at obese and their groups was found, in accordance with previous studies. Furthermore, APPL1 protein was decreased in Visc of obese and MOW, and in Sub of obese and MODM, compared to the lean. In Glut MODM reduced APPL1 mRNA and protein, compared to the MOW, while MOW displayed similar levels with their respective lean. In contrast, the PE of AdipoR1 was unaltered in Visc and Sub and only in Glut of MODM was increased, compared to the lean. Consequently, the adiponectin pathway dysfunction, characterized by reduced APPL1. In fact, the downregulation of APPL1 seems to be the cause of the metabolic disturbance of these tissues and the impaired glucose homeostasis of adipocytes in obesity, as it is reflected by the downregulation of GLUT4 in all fat depots and with greater effect on MODM. In respect of aquaglyceroporin 7, which is responsible for glycerol efflux, there were previously found two isoforms of 41 and 34kDa molecular weight, but it is the first description of another isoform of molecular weight of 37kDa. Meanwhile 37 and 34kDa isoforms of AQP7 were decreased in Visc and Sub of obese and both their groups, it was also observed an increase of serum glycerol in obese. A possible explanation involves the enhancement of AQP7 of myocytes. Furthermore, 34kDa isoform of AQP7 reduced in Sub of MODM, compared to MOW, thus possibly constitutes an indicator of insulin sensitivity in morbidly obese. On the other hand, the expression of 41kDa isoform showed no differences between lean and obese. It has proposed that AQP7 isoforms represent products of post-translational processing of a type of glycosylation, different to N-linked, probably O-glycosylation. Enhancement of O-glycosylation has related to glucotoxicity, IR and DM II, since the processing inhibits insulin signaling. We suggest that enhancement of GlcNAc transferase, the enzyme responsible for O-glycosylation, mediates the production of the more glycosylated, 41 and 37kDa isoforms of AQP7, possibly the more active ones. As a result, enhancement of GlcNAc transferase may participate in an effort to compensate the adipocyte dysfunction in obesity, characterized by reduced basal lipolysis and glucose homeostasis disruption, with maintenance of glycerol efflux, in order to avoid hypertrophy. Caveolae are microdomains inside the cholesterol enriched lipid rafts. Caveolae are involved in the initiation of PI3K/Akt branch of the insulin signaling pathway and provide the necessary modulation of PM for the fusion with the GLUT4-containing vesicles. In obesity the decrease of cholesterol at caveolae leads to inhibition of insulin signaling, downregulation of GLUT4 and hypertrophy of the adipocytes, which also exhibit reduced basal and catecholamine-induced lipolysis. According to the aforementioned results, in morbid obesity the downregulation of the protein expression of 37 and 34kDa isoforms of AQP7 possibly reflects the decreased lipolysis of the hypertrophic adipocytes, which on top of that exhibit reduced cholesterol at the caveolae of plasma membrane. In obesity, the triglycerides accumulation inside the lipid droplet aggravates the preexisting hypertrophy and results the impairment of insulin signaling, as it is prooved by the decreased GLUT4 expression in all fat depots, regardless of the existence of DM II and may lead to the development of whole body insulin resistance and increased risk of Diabetes Mellitus type II.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Thesis final.pdfMourelatou Roza Thesis7.77 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.