Papel del colágeno VI en la homeostasis del músculo esquelético y tejido adiposo: implicaciones en la patofisiología de las distrofias musculares

Abstract

El colágeno VI es una proteína de la matriz extracelular cuyos defectos conducen a una variedad de trastornos musculares en humanos caracterizados por una debilidad muscular entre otros múltiples síntomas. Tanto el colágeno VI, como su fragmento soluble carboxilo terminal llamado endotrofina se encuentran altamente expresados en los dos principales tejidos periféricos que regulan la glucemia, el músculo esquelético y tejido adiposo. Los niveles de ARNm de colágeno VI en el tejido adiposo se han asociado con la obesidad y la resistencia a la insulina y su expresión está regulada por los niveles de glucosa, agonistas PPAR-gamma y la leptina. Se ha demostrado como, en modelos de ratón expuestos a una dieta alta en grasas, la sobreexpresión de endotrofina en el tejido adiposo contribuye a la fibrosis e inflamación de este tejido así como al empeoramiento de un estado de resistencia a la insulina. En relación a lo anterior, la ausencia de colágeno VI en ratones obesos mejora su perfil metabólico incluyendo resistencia a la insulina. A pesar de estas evidencias no se han investigado un papel del colágeno VI en la homeostasis de la glucosa así como sus implicaciones en el contexto de la deficiencia de colágeno VI en los seres humanos.

En este trabajo se utilizó un modelo in vitro basado en el tratamiento de líneas celulares musculares y adiposas, humanas y murinas, con colágeno VI o endotrofina para investigar sus efectos en la captación y la utilización de glucosa, así como las vías de señalización y genes implicados. Se estudiaron dichas vías en biopsias musculares de pacientes con mutaciones en colágeno VI y se estudió mediante absorciometría de doble energía la cantidad y distribución del tejido magro y adiposo en estos pacientes y su correlación con la función motora de los mismos y los niveles de adipoquinas circulantes.

Se demostró que el colágeno VI y la endotrofina son capaces de producir, mediante la acción de la quinasa ligada a integrinas (ILK), un aumento significativo en la captación de glucosa de una manera independiente a la acción de la insulina en las células musculares y adiposas en el caso del colágeno VI y en células musculares en el caso de la ETP. Además, hallamos que el colágeno VI es capaz de producir cambios en los niveles de expresión de genes codificantes para proteínas mitocondriales, así como para la proteína GLUT1 en células musculares. Pudimos observar que los pacientes con mutaciones en colágeno VI manifiestan un aumento en los niveles de proteína GLUT1 en músculo esquelético así como un incremento de los niveles circulantes de adiponectina de alto peso molecular en suero. También evidenciamos como la cantidad de masa magra de estos pacientes se encuentra reducida, mientras que sufren un considerable incremento en la cantidad de masa grasa, la cual se correlaciona negativamente con su estado funcional y su calidad de vida.

En resumen, en este estudio se evidenció el papel del colágeno VI y la ETP en el control de la captación de glucosa de manera independiente a la insulina en miotubos y adipocitos in vitro. Además, el colágeno VI es capaz de producir cambios en relación a la expresión de numerosos genes. Y finalmente, se ha descrito una alteración en la cantidad y distribución de masa muscular y adiposa en pacientes con miopatías relacionadas con déficits el colágeno VI indicando que el aumento de masa grasa en estos pacientes contribuye a la fisiopatología de la enfermedad.

Collagen VI is an extracellular matrix protein whose defects lead to a range of musculoskeletal conditions. Post-translational modification of collagen VI results in the cleavage and release of a carboxyterminal soluble fragment named endotrophin (ETP). Collagen VI is highly expressed in the two major tissues regulating glycemia, skeletal muscle and adipose tissue. COL6A3 mRNA levels in adipose tissue have been associated with obesity and insulin resistance and its expression is regulated by glucose levels, PPAR-γ agonists and leptin. In mice, ETP over-expression contributes to fibrosis, inflammation of adipose tissue and insulin resistance. In line with this, the lack of collagen VI in obese mice improves insulin resistance. Despite these evidences a signaling role for collagen VI in glucose homeostasis and its implications in the context of collagen VI deficiency in humans have not been investigated.

Human and murine skeletal muscle and adipose cell lines treated with collagen VI or ETP were used to investigate the effect of collagen VI in glucose utilization and signaling pathways and genes involved. Same pathways were studied in muscle biopsies from patients with mutations in collagen VI. It was investigated, by Dual-energy X-ray absorptiometry, the amount and distribution of lean mass and adipose tissue in these patients and their correlation with motor function and levels of circulating adipokines.

We demonstrated that collagen VI and endotrophin induce, through the action of integrin-linked kinase (ILK), a significant increase in glucose uptake independently of insulin action in muscle cells and adypocites. Furthermore, collagen VI is able of producing changes in expression levels of genes encoding for mitochondrial proteins as well as for GLUT1 in muscle cells. Patients with mutations in collagen VI showed an increase in GLUT1 protein level in skeletal muscle and an increase in circulating of HMW adiponectin level in serum. Finally, we see that the amount of lean mass of these patients is reduced, while suffering a considerable increase of fat mass, which is negatively correlated with functional status and quality of life.

In summary, in this study we demonstrate a role for collagen VI and ETP in in vitro glucose uptake regulation and in the regulation of the expression of numerous genes. And finally, we described an alteration in the amount and distribution of adipose and muscle mass in patients with collagen VI related myopathies indicating that the increase in fat mass in these patients contributes to the pathophysiology of the disease.