TBC1D4's rolle i trænings- og insulininduceret glukosemetabolisme i menneskelige skeletmuskler

For nylig blev der opdaget en almindelig grønlandsk nonsens p.Arg684erTer-variant (hvor arginin er erstattet af et termineringskodon) i genet TBC1D4. Varianten har en allelfrekvens på 17 %. Homozygote bærere af denne TBC1D4-variant har nedsat glukosetolerance og en 10 gange øget risiko for T2D. Efterforskerne foreslår at udføre omfattende metabolisk fænotypning af voksne inuitter, der bærer nul eller to alleler af TBC1D4-varianten. Forskerne antager, at regulering af TBC1D4 i skeletmuskulatur er afgørende for reguleringen af ​​glukoseoptagelsen under træning, under fysiologisk insulinstimulering og for evnen af ​​et akut anfald af træning til at forbedre insulinfølsomheden til at regulere glukosemetabolismen hos mennesker.

Vores overordnede mål i nærværende projekt er at:

1. Bestem om TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten påvirker reguleringen af ​​glukoseoptagelsen i skeletmuskulaturen under træning og under fysiologisk insulinstimulering.
2. Bestem effekten af ​​TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten for akut trænings evne til at insulinsensibilisere skeletmuskulatur for at regulere glukosemetabolismen.
3. Definer de metaboliske veje, der påvirkes af p.Arg684Ter-varianten for at identificere årsagsfaktorer, der er ansvarlige for den diabetiske fænotype af Inuit-bærere.

Den viden, der genereres, vil bidrage til yderligere forklarende spor til den øgede frekvens af T2D i bærerne.

Undersøgelsespopulation:

Inuit Health in Transition (IHIT) undersøgelsen er en undersøgelse af voksne i Vest- og Østgrønland. Deltagerne blev udvalgt gennem en stratificeret tilfældig stikprøve, og data blev indsamlet i 1999-2010 ved hjælp af kliniske procedurer, prøveudtagning af biologisk materiale og spørgeskemaer. For at nå målet vil efterforskerne udføre omfattende metabolisk fænotypning af inuitter, der bærer nul (n=10) eller to (n=10) alleler af TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten rekrutteret fra denne kohorte. Baseret på en effekt på 1,2 SD som fundet for plasmaglucoseniveauer under en oral glukosetolerancetest (OGTT) i det tidligere studie (6) mellem homozygote bærere og ikke-bærere af TBCD14-varianten, opnår efterforskerne 89 % effekt ved p= 0,05 ved rekruttering af 10 homozygote bærere og 10 ikke-bærere.

Metoder:

Genotyping af IHIT-kohorten er allerede blevet udført. Efterforskerne kan således genkalde studiedeltagere til den nuværende undersøgelse baseret på deres kendte genotype. Efterforskerne har til hensigt at udføre meget invasive fysiologiske undersøgelser af emner, der huser TBC1D4-punktmutationen, og i kontrolpersoner matchet efter alder, køn og BMI. Deltagerne vil være ikke-diabetiske (25-50 år) mænd rekrutteret gennem IHIT kohorteregistret (n=4.200). Rekruttering, screening og indledende kliniske undersøgelser (oral glukosetolerancetest og fysisk træningstest, herunder tilpasning til et etbenet cykelergometer) vil finde sted i Grønland. Den mest invasive del af undersøgelsen, beskrevet nedenfor, vil finde sted i København, Danmark.

Under opholdet i København vil deltagerne modtage en energitilpasset, standardiseret kost, som skal indtages 3 dage før interventionsstudiet. På studiedagen ankommer deltagerne i laboratoriet efter en natfaste. Katetre vil blive placeret i begge lårbensvener (V) og i en femoral arterie (A). En muskelbiopsi vil blive opnået fra vastus lateralis af det ene ben (hvilende ben). Deltagerne vil derefter udføre knæekstensorøvelser med et ben i en time og efterlade det andet ben som et udhvilet kontrolben. Umiddelbart efter træning vil der blive taget en biopsi fra træningsbenet, og deltagerne vil hvile i fastende tilstand i 3 timer, før et tredje sæt muskelbiopsier (fra begge ben) og en abdominal subkutan fedtbiopsi tages. Efterfølgende vil insulinfølsomheden blive evalueret under en 2-timers fysiologisk hyperinsulinemisk euglykæmisk klemme. Ved afslutningen af ​​klemmen vil der blive taget et sidste sæt biopsier (begge ben) og en abdominal subkutan fedtbiopsi. Gennem hele studiedagen tillader prøvetagning af arterie- og venøse blod-/plasmaprøver estimering af substratekstraktion af de to ben. Ydermere vil målinger af arteriens blodgennemstrømning ved ultralyds-doppler-teknik muliggøre en endelig beregning af substratoptagelse/-frigivelse på tværs af de to ben før træning, under træning og i restitution fra træning. Det er vigtigt, at insulins evne til at stimulere disse processer kan evalueres i både et udhvilet og i det tidligere trænede ben.

Forskerne planlægger at udføre dyb transkriptionsprofilering af muskelvævsprøver og definere korrelationer mellem alder, køn, BMI, genetiske varianter og transkriptionsprofilerne for at forstå indvirkningen på genregulering af identificerede metaboliske genetiske varianter. For at definere vigtige biokemiske veje påvirket af den muterede TBC1D4, vil efterforskerne udføre metabolomiske analyser af muskelbiopsiprøverne. For at identificere formodede målrettede veje påvirket af mutationen, vil efterforskerne udføre massespektrometri-baserede interaktom samt proteomiske / phosphoproteomiske analyser. Baseret på disse data og data opnået fra de metaboliske analyser, vil efterforskerne være bedre i stand til at identificere de påvirkede metaboliske processer, der er involveret i progressionen mod den diabetiske fænotype af inuit-bærerne. Sådanne veje vil i efterfølgende analyser blive undersøgt biokemisk mere detaljeret, herunder yderligere (til phosphorylering) posttranslationelle modifikationer (f.eks. glykosylering) samt ekspression/aktiviteter af nøgleenzymer i glukose- og fedtstofskiftet.