PGC1A регулює співвідношення IRS1 IRS2 під час голодування, щоб впливати на метаболізм печінки нижче за течією

  • Знайдіть цього автора на Google Scholar
  • Знайдіть цього автора на PubMed
  • Шукайте цього автора на цьому сайті
  • Запис ORCID для Дженніфер Л. Есталл
  • Для листування: [email protected]

Відредаговано Марком Монміні, Інститут біологічних досліджень The Salk, Ла-Хойя, Каліфорнія, та затверджено 18 січня 2019 року (отримано на огляд 2 вересня 2018 року)

співвідношення

Значимість

Печінка відіграє вирішальну роль у контролі гомеостазу глюкози під час циклу швидкого годування. Він реагує на інсулін та глюкагон, щоб або зберігати, або забезпечувати глюкозою інші органи. Інсулінорезистентність є відмінною рисою таких метаболічних захворювань, як діабет 2 типу та неалкогольна жирова хвороба печінки. Було встановлено взаємозв'язок між низьким рівнем печінкового рівня активованого проліфератором пероксисоми гамма-коактиватором 1-альфа (PGC1A) та печінковою резистентністю до інсуліну, проте основні механізми невловимі. Ми показуємо, що PGC1A контролює печінкове співвідношення субстратів рецепторів інсуліну 1 (IRS1) та експресії IRS2, що має вирішальне значення для визначення точного сигналу інсуліну в гепатоцитах для відповіді на голодування та годування. Важливо, що PGC1A є ключовим фактором для опосередкованого інсуліном придушення виробництва печінкової глюкози.

Анотація

Гамма-коактиватор 1-альфа-рецептора, що активується проліфератором пероксисоми (PGC1A), є транскрипційним коактиватором у сімействі, що включає двох інших членів: гамма-коактиватор 1-бета (PGC1B), що активується проліфератором пероксисоми, і гамма-коактиватор, пов'язаний з проліфератором пероксисоми 1 (PPRC1), які пов'язують фактори транскрипції для посилення експресії багатьох генів, що беруть участь у метаболізмі поживних речовин (4). PGC1A регулює реакцію печінки на голодування, сприяючи глюконеогенезу (5), катаболізму ліпідів (6) та детоксикації активних форм кисню, що утворюються мітохондріями (7). Зниження експресії PGC1A пов'язане з печінковою резистентністю до інсуліну при цукровому діабеті та НАЖХП у людини (8 ⇓ –10). Моделі мишей припускають, що фізіологічне зниження PGC1A порушує передачу сигналів про інсулін у печінці (6, 7), а миші з низьким рівнем печінки PGC1A більш сприйнятливі до стеатозу печінки та гіпертригліцеридемії, що є ознаками резистентності до інсуліну (6, 11, 12).

До цього часу було незрозуміло, чи зміни в печінковій чутливості до інсуліну, пов’язані з активністю PGC1A, зумовлені ефектами на мітохондріальний та/або метаболізм жирних кислот, що посилюють накопичення ліпідів та окислювальну шкоду (6, 7, 11 ⇓ 14 –14), або безпосередньою регуляцією генів які контролюють інсуліно-сигнальний шлях (15). Використовуючи моделі посилення та втрати функцій у первинних гепатоцитах миші, ми показуємо, що PGC1A регулює експресію багатьох компонентів сигнального шляху інсуліну в гепатоцитах, найголовніше, рівні IRS. Ми показуємо, що PGC1A впливає на баланс між експресією IRS1 та IRS2 у клітинах печінки, і як результат, коактиватор відіграє ключову роль в опосередкованому інсуліном контролі глюконеогенезу під час переходу натощак до годування.

Результати

Рівні PGC1A впливають на стимульоване інсуліном фосфорилювання AKT.

Суперечливі дані в різних моделях втрати функцій ускладнюють розуміння того, чи інгібує або активує PGC1A передачу сигналів інсуліну в печінці (6, 7, 15). Для вирішення цього питання ми оцінили різні аспекти інсулінового сигнального шляху, використовуючи дослідження посилення та втрати функції в первинних гепатоцитах миші. Парадоксально, але як повний нокаут, так і надмірна експресія PGC1A посилювали фосфорилювання AKT S473 у відповідь на інсулін (рис. 1 А і В). Збільшення фосфорилювання AKT відбулося не через компенсаторне збільшення PGC1B (7), оскільки індуковане інсуліном фосфорилювання AKT аналогічно збільшувалось у гепатоцитах мишей, яким бракувало обох коактиваторів (подвійні нокаути LA/BKO) (рис. 1C та Додаток SI, рис. S1A ). Відмінності у фосфорилюванні AKT також не були зумовлені посиленою сигналізацією рецептора інсуліну, оскільки рівень білка рецептора інсуліну та індуковане лігандом фосфорилювання (Y1146) не впливали на втрату PGC1A (рис. 1D). Надмірна експресія PGC1A дійсно призвела до зниження фосфорилювання інсулінових рецепторів у відповідь на інсулін, незважаючи на підвищений рівень p-Akt S473 та p-AKT T308 (рис. 1 B та E). Таким чином, хоча ці дані підтвердили PGC1A як важливий модулятор передачі печінкової інсулінової сигналізації, результати нелегко пояснити раніше описаними зв'язками між PGC1A та дією інсуліну (7, 15).

Рівні PGC1A впливають на стимульоване інсуліном фосфорилювання АКТ. Імуноблоти білка з первинних гепатоцитів миші, оброблених 100 нМ інсуліном протягом 15 хв (або вказаний час). Активація інсулінового сигнального шляху в гепатоцитах від (A і D) самців WT і LH (гетерозигота печінки-PGC1A) та LKO (печінка-PGC1A). (B та E) Гепатоцити, інфіковані аденовірусами, що експресують векторний контроль (AdCTL) або PGC1A або (C) специфічні для печінки миші PGC1A та PGC1B з подвійним вибиванням (LA/BKO). Всі експерименти проводились щонайменше два рази, і кожна смуга представляє окрему мишу.

Рівні PGC1A впливають на експресію генів ключових гравців інсулінової сигналізації.

Оскільки різні білки можуть прямо чи опосередковано регулювати фосфорилювання АКТ у відповідь на інсулін (2), ми припустили, що як транскрипційний коактиватор PGC1A може диференційовано контролювати експресію одного або багатьох із цих проміжних продуктів. Надмірна експресія PGC1A у первинних гепатоцитах суттєво підвищувала експресію Insr, Irs2, Mtor, Rictor, Raptor та Rheb, одночасно зменшуючи Irs1, Pi3kr1 та Deptor (рис. 2А). Як і очікувалось, змінений PGC1A/B змінив рівень мРНК генів, що контролюють мітохондріальні процеси (Додаток SI, рис. S1 B і C). Надмірна експресія PGC1B мала подібні ефекти на сигнальний шлях інсуліну, за винятком того, що рівні Insr, Rictor та Deptor залишались незмінними (рис. 2B). Взаємна картина експресії Irs спостерігалась у подвійних гепатоцитах KO PGC1A/B, при цьому значно зростала Irs1 та зменшувалась Irs2 (рис. 2C), тоді як Pi3kr1 та Rheb аналогічним чином зменшувались або втратою, або збільшенням експресії PGC1.

Рівні PGC1A впливають на експресію генів ключових членів інсуліно-сигнального шляху. Експресія гена qPCR в первинних гепатоцитах миші. Клітини WT, інфіковані аденовірусом, що надмірно експресують (A) PGC1A, (B) PGC1B або (C) первинні гепатоцити, виділені від мишей LA/BKO. Експерименти проводили щонайменше двічі з n = 4 ± SEM * P S473 у відповідь на інсулін (17) (Додаток SI, рис. S3), потенційно пояснюючи, чому спостерігалася переактивація АКТ після надмірної експресії (рис. 1B) та нокауту ( Рис. 1 A і C та 3B) PGC1A.

PGC1A регулює експресію білка IRS. Імуноблоти білка з первинних гепатоцитів обробляли 15 хв 100 нМ інсуліном. (A) Клітини, що мають надмірний векторний контроль (CTL), PGC1A або PGC1B. (B) Клітини мишей LA/BKO. (C) Співвідношення p-AKT до t-AKT у клітинах з надмірною експресією PGC1A або PGC1B (n = 4 ± SEM, виконано принаймні два рази).