Accions de la insulina sobre el transportador de glucosa GLUT4 expressat en el múscul esquelètic dels peixos teleostis

Abstract

Els transportadors de glucosa de difusió facilitada (GLUTs) són proteïnes essencials per permetre l'entrada de glucosa dins la cèl·lula. Concretament, el GLUT4 s'ha descrit com la isoforma més important per al manteniment de la glucèmia, ja que és el mediador de l'acció de la insulina per incrementar la taxa de captació de glucosa. Fins ara en peixos només s'han identificat quatre isoformes de GLUTs, i entre elles hi destaca el GLUT4, el qual va ser clonat per primera vegada en truita comuna ("Salmo trutta"). A l'inici d'aquesta tesi ja existien algunes evidències sobre la regulació de la insulina sobre l'expressió d'aquest transportador in vivo. No obstant, es desconeixia si l'acció de la insulina era un efecte directe sobre el teixit muscular o bé actuava a través d'altres mediadors. Per altra banda, tampoc es coneixia l'acció de la insulina sobre la proteïna GLUT4 de truita. Per tant, en aquesta tesi hem intentat resoldre aquestes qüestions per poder contribuir a un millor coneixement d'un dels elements importants que intervé en el metabolisme dels carbohidrats en els peixos teleostis.<br/><br/>En aquest estudi es va demostrar que els nivells d'insulina circulants són capaços de modular el contingut de proteïna GLUT4 in vivo en el múscul esquelètic de truita i que aquesta regulació és específica del tipus de fibra muscular. També es va demostrar que els efectes de la insulina sobre l'expressió de GLUT4 en el múscul esquelètic de truita són deguts a l'acció directa d'aquesta sobre les cèl·lules musculars. L'expressió basal de GLUT4 augmenta al llarg de la diferenciació de les cèl·lules musculars de truita i, paral·lelament, també augmenta lleugerament l'expressió de GLUT1. La insulina i l'IGF-I estimulen l'expressió de GLUT4 i els seus efectes són més evidents en miotubs. La insulina, en general, promou l'acumulació d'ARN missatger de GLUT1 en les cèl·lules musculars de truita. Per altra banda, l'IGF-I augmenta l'expressió de GLUT1 en mioblasts.<br/><br/>En aquesta tesi també es va estudiar la regulació del tràfic del GLUT4 de truita per la insulina en cèl·lules musculars L6. Amb aquest objectiu es va generar una línia estable de cèl·lules L6 que expressaven el GLUT4 de truita amb un epítop myc a la seva porció extracel·lular (btGLUT4myc). La insulina va estimular l'aparició del btGLUT4myc a la membrana plasmàtica, augmentant així la captació de glucosa en aquestes cèl·lules. No obstant, en estat basal un major percentatge de btGLUT4myc estava ja present a la superfície cel·lular comparat amb el GLUT4myc de rata. Els experiments d'internalització de GLUT4myc van demostrar que l'endocitosi del btGLUT4myc és més lenta que la del GLUT4myc de rata. Per tant, aquests resultats suggereixen que les diferències observades entre el tràfic del GLUT4 de truita i el GLUT4 de rata poden ser degudes a diferències en alguns motius aminoacídics dels quals en mamífers s'ha demostrat que participen en la internalització i la retenció intracel·lular del transportador en estat basal. També s'ha vist que la insulina estimula la translocació de btGLUT4 en les cèl·lules musculars de truita i com a conseqüència augmenta el transport de glucosa en aquestes cèl·lules. Per altra banda, els estudis d'immunofluorescència van demostrar que en estat basal el btGLUT4 es troba a l'interior de les cèl·lules de truita i concentrat a la regió perinuclear, tal i com s'ha descrit prèviament en mamífers.<br/><br/>En conjunt podem concloure que els mecanismes de regulació de la insulina sobre el GLUT4 en el múscul esquelètic ja existeixen en els vertebrats inferiors, malgrat que presenten algunes diferències respecte als mamífers. Així, podem veure que al llarg de l'evolució s'ha perfeccionat la regulació de la captació de glucosa fins arribar a ser un mecanisme eficient que permet una recuperació ràpida de la glucèmia.

<i>In the present work, we demostrated that insulin plasma levels may modulate GLUT4 protein content in vivo in trout skeletal muscle, but in a fiber-type dependent manner. Furthermore, insulin stimulates GLUT4 gene expression in trout skeletal muscle by acting directly on muscle cells. Basal GLUT4 expression increases throughout differentiation of muscle cells, as well as GLUT1 expression. Insulin and IGF-I increase GLUT4 mRNA levels, but their effects are more pronounced in fully differentiated myotubes. Insulin promotes mRNA accumulation in trout muscle cells. IGF-I increases GLUT1 expression in myoblasts.<br/><br/>We also studied the regulation of trout GLUT4 traffic by insulin in L6 muscle cells. To address this issue we generated a stable cell line of L6 cells that express the myc-tagged trout GLUT4 (btGLUT4myc). Insulin stimulates btGLUT4myc translocation to the plasma membrane, resulting in an enhanced glucose uptake in these cells. However, in the basal state a higher percentage of btGLUT4myc is already present at the cell surface compared to rat-GLUT4myc. Internalization experiments of GLUT4myc demonstrated that btGLUT4myc endocytosis is slower than that of rat-GLUT4myc. Therefore, these data suggest that these differences between mammalian and fish GLUT4 in terms of traffic could be related to differences in the sequence of certain protein motifs shown to be important for internalization and intracellular retention of GLUT4. Moreover, insulin also stimulates the translocation of endogenous GLUT4 in trout muscle cells leading to an increased glucose transport activity in these cells. On the other hand, immunofluorescence experiments revealed that under basal conditions btGLUT4 is located in the cytoplasm of trout muscle cells and concentrated in the perinuclear region.<br/><br/>Overall, we may conclude that the mechanisms of insulin regulation on GLUT4 in skeletal muscle already exist in lower vertebrates, although they present some differences compared to mammals. Thus, glucose transport regulation has been improved through evolution to become an efficient mechanism that allows a rapid recovery of glycaemia. </i>