Impacte Metabòlic de l'Activació de la Glicogen Sintasa Hepàtica

Abstract

El fetge manté l'homeòstasi de glucosa per emmagatzematge de l'excés del monosacàrid en forma de glicogen després de les ingestes, i per la producció de glucosa en post absorció. La reducció en la deposició del glicogen juga un paper central en els mecanismes que condueixen a la hiperglucèmia en la diabetis. Aquesta disminució és una conseqüència de la reducció en la forma defosforilada, i per tant activa, de la glicogen sintasa hepàtica (LGS), l'enzim clau en la síntesi del polisacàrid en aquest teixit. <br/><br/>Diverses estratègies han suggerit una possible relació entre l'augment de la capacitat d'acumulació de glicogen en fetge i la millora de l'homeòstasi de glucosa. Molts dels agents terapèutics per a combatre la diabetis que actualment es troben en desenvolupament es basen en una acció indirecta para augmentar l'activitat LGS, mitjançant inhibició de la quinasa GSK-3, que fosforila i per tant inactiva a la LGS. Tanmateix, a part de la GSK-3, hi ha d'altres quinases que inactiven a la LGS per fosforilació, i tampoc s'ha evidenciat si els residus diana de la GSK-3 exerceixen un paper clau en el control de l'activitat de la LGS. Per tant, inclús quan s'inhibeix la GSK-3, altres residus de fosforilació de la LGS, que no serien diana d'aquesta quinasa, podrien ésser fosforilats per d'altres quinases inactivant així a la LGS. A més, la GSK-3 i les altres dianes de la resta d'aproximacions que també tindrien como objectiu l'augment de la capacitat d'acumulació de glicogen en el fetge, són proteïnes que es troben involucrades en molts processos biològics, així doncs els mecanismes moleculars en resulten poc definits i es fa difícil establir si la procedència de la millora es només deguda a un augment en l'acumulació de glicogen en el fetge. Així doncs, falta una prova directa que evidenciï que la sola activació de la LGS pot conduir a la disminució de la glicèmia. Per tant, una aproximació per restaurar l'emmagatzematge de glicogen hepàtic, que es troba alterat en la diabetis, podria ésser l'augment de l'activitat de l'únic enzim que sintetitza glicogen en el fetge, la LGS.<br/><br/>Per aquest propòsit, es va establir com objectiu l'augment de la forma defosforilada de la LGS en fetge de rata i examinar les conseqüències metabòliques en l'estat diabètic. El primer pas va ésser la determinació dels llocs de fosforilació que exerceixen un major control sobre l'activitat enzimàtica de LGS en la línea hepàtica FTO2B i en cultius primaris d'hepatòcits. Per això, es va expressar formes mutants de l'enzim, de serines per alanines, mitjançant infecció amb adenovirus. Una vegada establert quins llocs de fosforilació eren claus, es va expressar aquesta forma mutada de l'enzim en fetge de rata sana a través de la infusió intravenosa dels adenovirus. Els nostres resultats mostren una disminució significativa en la glucèmia, un augment en l'acumulació hepàtica de glicogen i una millora en la tolerància a glucosa. En rates diabètiques tipus I, per injecció d'estreptozotocina, l'expressió hepàtica d'aquest enzim actiu produïa una reducció en la hiperglucèmia i la normalització del contingut de glicogen en fetge. Aquests resultats suggereixen que l'activació de la LGS pot resultar en un mecanisme eficaç per a la intervenció terapèutica de la diabetis.

The accumulation of glycogen is altered in nearly all forms of diabetes, contributing to the development of hyperglycemia. The diabetic liver is characterized by a defective glycogen synthesis in the transition between fasting and feeding. The expression of liver glycogen synthase (LGS), the key enzyme in the regulation of glycogen synthesis in this tissue, is not altered in insulin-dependent diabetes. However, the dephosphorylated and therefore active form of LGS is significantly reduced as a result of the decrease in the activity of protein phosphatase 1 (PP1) and an increase in the activity of glycogen synthase kinase -3 (GSK-3), both involved in the dephosphorylation and phosphorylation, in the key residues responsible of the regulation of LGS activity. <br/><br/>Our working hypothesis was that an increase of the GS activity in liver could restore the glycogen storage capacity and therefore contribute to the amelioration of the diabetic state. To this end we aimed to increase the dephosphorylated form of LGS in rat liver and examine the metabolic consequences in the diabetic state. The first step was to determine the phosphorylatable serines exerting the main control in the enzymatic activity of LGS in the hepatoma cell line FTO2B and in primary cultured hepatocytes, by heterologous expression with recombinant adenoviruses. Once identified, we expressed this form of the enzyme in vivo through intravenous infusion of recombinant adenovirus in healthy rats. Our results revealed a significant decrease in glycaemia, improved glucose tolerance and increased in hepatic glycogen accumulation, which was reduced in response to fasting. In STZ-diabetic rats, the expression of active LGS in liver was sufficient to reduce hyperglycemia as well as to normalize the liver glycogen content. These results suggested that activation of LGS could be an effective mechanism for improving glucose homeostasis in altered states such as diabetes.