Po posiłku lub słodkim napoju insulina aktywuje komórki, aby umożliwić cząsteczkom glukozy przejście z krwi do komórek, gdzie glukoza jest rozkładana i przekształcana w energię. Przy cukrzycy typu 2 komórki stają się niewrażliwe na insulinę, więc glukoza pozostaje we krwi, powodując długotrwały wysoki poziom cukru we krwi, znany jako hiperglikemia. Ta ostatnia wiąże się z rozwojem wielu powikłań cukrzycy.
Japońscy naukowcy porównali ścieżki sygnałowe w komórkach zdrowych myszy i zwierząt zmodyfikowanych genetycznie, które nieustannie przejadają się, co prowadzi do rozwoju cukrzycy w wieku dorosłym.
Naukowcy wykorzystali szeroki zakres eksperymentów, aby zidentyfikować cząsteczki, które zmieniają się w odpowiedzi na glukozę, oraz sposób trans--omowy przetworzenia wyników. Podejście to łączy dane dotyczące genów (transkryptomika) i metabolitów (metabolomika) w celu identyfikacji i sieciowania wielu procesów molekularnych.
„Wiele ścieżek regulacji cukrzycy jest już dobrze znanych. Kiedy tworzyliśmy dużą mapę, spodziewaliśmy się znaleźć tylko niewielkie różnice między sieciami osób zdrowych i chorych na cukrzycę, ale okazało się, że są one bardzo różne” - powiedział kierownik badania w komunikacie prasowym Uniwersytetu Tokijskiego profesor Shinya Kuroda, kierownik Laboratorium Biologii Systemowej.
Dziesięciolecia badań nad cukrzycą wykazały, że wiele szlaków sygnałowych obejmujących enzymy i metabolity jest aktywowanych, gdy glukoza znajduje się w komórce. W swoich eksperymentach autorzy zmapowali różne szlaki sygnalizacji komórkowej, które są aktywowane w odpowiedzi na wysokie lub niskie stężenia insuliny.
Podejście trans-omowe umożliwiło naukowcom przekształcenie długiej listy dyskretnych pomiarów w objętościową sieć, która zapewnia wgląd w reakcję komórek na glukozę. Stworzenie takiej sieci zajęło autorom cztery lata.
Naukowcy stworzyli pięciowarstwową mapę trans-omową z informacjami o przekazywaniu sygnałów insuliny, czynnikach transkrypcyjnych (rodzajach białek regulujących aktywność genów), enzymach, reakcjach metabolicznych i ich produktach - metabolitach.
Zdrowe myszy szybko zareagowały na glukozę za pomocą enzymów i metabolitów wytwarzanych jako produkty uboczne metabolizmu glukozy i powracały do normalnego poziomu cukru we krwi po około godzinie.
U otyłych myszy brakowało większości tej szybkiej odpowiedzi. Zamiast tego obecny był znacznie wolniejszy szlak metaboliczny oparty na zmianach w ekspresji genów, a poziom cukru w ich krwi pozostawał podwyższony przez kilka godzin.