Co zakłóca normalne wchłanianie glukozy?

Naukowcy odkryli, że u myszy z otyłością lub cukrzycą typu 2 glukoza aktywuje inną, wolniejszą ścieżkę metaboliczną niż u zdrowych zwierząt. Innymi słowy, nadwaga zmienia sposób, w jaki komórki reagują na glukozę. Wyniki badań na ten temat zostały opublikowane w czasopiśmie „Science Signaling”.

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.

Myszy z obu grup piły słodką wodę, a po pewnym czasie - od dwudziestu minut do czterech godzin - naukowcy pobrali od nich próbki krwi i komórek wątroby - głównego miejsca metabolizmu glukozy zarówno u myszy, jak i u ludzi.

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.

Cząsteczki kodujące kolorami, które reagują na glukozę, ujawniły bardzo różne szlaki sygnałowe u zdrowych lub otyłych myszy.

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.