El papel de TBC1D4 en el metabolismo de la glucosa inducido por el ejercicio y la insulina en el músculo esquelético humano

Recientemente, se descubrió una variante p.Arg684erTer sin sentido común de Groenlandia (en la que la arginina se reemplaza por un codón de terminación) en el gen TBC1D4. La variante tiene una frecuencia alélica del 17%. Los portadores homocigotos de esta variante TBC1D4 tienen tolerancia alterada a la glucosa y un riesgo 10 veces mayor de T2D. Los investigadores proponen llevar a cabo un fenotipado metabólico completo de los inuits adultos que portan cero o dos alelos de la variante TBC1D4. Los investigadores plantean la hipótesis de que la regulación de TBC1D4 en el músculo esquelético es fundamental para regular la captación de glucosa durante el ejercicio, durante la estimulación fisiológica de la insulina y para la capacidad de una sesión aguda de ejercicio para mejorar la sensibilidad a la insulina para regular el metabolismo de la glucosa en humanos.

Nuestros objetivos generales en el presente proyecto son:

1. Determinar si la variante TBC1D4 p.Arg684Ter afecta la regulación de la captación de glucosa en el músculo esquelético durante el ejercicio y durante la estimulación fisiológica de la insulina.
2. Determinar el efecto de la variante TBC1D4 p.Arg684Ter para la capacidad del ejercicio agudo de sensibilizar a la insulina al músculo esquelético para regular el metabolismo de la glucosa.
3. Definir las vías metabólicas afectadas por la variante p.Arg684Ter para identificar los factores causales responsables del fenotipo diabético de los portadores Inuit.

El conocimiento generado contribuirá a pistas explicativas adicionales sobre la mayor frecuencia de T2D en los portadores.

Población de estudio:

El estudio Inuit Health in Transition (IHIT) es un estudio de adultos en el oeste y el este de Groenlandia. Los participantes fueron seleccionados a través de una muestra aleatoria estratificada y los datos fueron recolectados en 1999-2010 mediante procedimientos clínicos, muestreo de material biológico y cuestionarios. Para lograr el objetivo, los investigadores llevarán a cabo un fenotipado metabólico integral de los inuit que portan cero (n=10) o dos (n=10) alelos de la variante TBC1D4 p.Arg684Ter reclutada de esta cohorte. Con base en un efecto de 1,2 DE encontrado para los niveles de glucosa en plasma durante una prueba de tolerancia oral a la glucosa (OGTT) en el estudio anterior (6) entre portadores homocigóticos y no portadores de la variante TBCD14, los investigadores lograron un poder del 89 % en p= 0,05 al reclutar 10 portadores homocigóticos y 10 no portadores.

Métodos:

Ya se ha realizado el genotipado de la cohorte IHIT. Por lo tanto, los investigadores pueden volver a llamar a los participantes del estudio para el presente estudio en función de su genotipo conocido. Los investigadores tienen la intención de realizar estudios fisiológicos altamente invasivos de sujetos que albergan la mutación puntual TBC1D4 y en sujetos de control emparejados por edad, sexo e IMC. Los participantes serán hombres no diabéticos (25-50 años) reclutados a través del registro de cohortes IHIT (n=4200). El reclutamiento, la selección y las investigaciones clínicas iniciales (prueba de tolerancia a la glucosa oral y pruebas de ejercicio físico, incluida la adaptación a un cicloergómetro de una sola pierna) se llevarán a cabo en Groenlandia. La parte más invasiva del estudio, que se describe a continuación, tendrá lugar en Copenhague, Dinamarca.

Durante la estadía en Copenhague, los participantes recibirán una dieta estandarizada y equilibrada en energía que se consumirá 3 días antes del estudio de intervención. El día del estudio los participantes llegarán al laboratorio después de una noche de ayuno. Los catéteres se colocarán en ambas venas femorales (V) y en una arteria femoral (A). Se obtendrá una biopsia muscular del vasto lateral de una pierna (pierna en reposo). Luego, los participantes realizarán un ejercicio extensor de rodilla con una pierna durante una hora, dejando la otra pierna como pierna de control descansada. Inmediatamente después del ejercicio se obtendrá una biopsia de la pierna ejercitada y los participantes descansarán en ayunas durante 3 horas antes de tomar una tercera serie de biopsias musculares (de ambas piernas) y una biopsia de grasa subcutánea abdominal. Posteriormente, se evaluará la sensibilidad a la insulina durante un pinzamiento euglucémico hiperinsulinémico fisiológico de 2 horas. Al final de la pinza se obtendrá un conjunto final de biopsias (ambas piernas) y una biopsia de grasa subcutánea abdominal. A lo largo del día de estudio, la toma de muestras de plasma/sangre venosa y arterial permite estimar la extracción de sustrato por las dos piernas. Además, las medidas del flujo sanguíneo arterial mediante la técnica de ultrasonido Doppler permitirán un cálculo final de la absorción/liberación de sustrato en las dos piernas antes del ejercicio, durante el ejercicio y en la recuperación del ejercicio. Es importante destacar que la capacidad de la insulina para estimular este proceso puede evaluarse tanto en una pierna descansada como en la ejercitada previamente.

Los investigadores planean realizar perfiles de transcripción profundos de muestras de tejido muscular y definir correlaciones entre edad, sexo, IMC, variantes genéticas y los perfiles transcripcionales para comprender el impacto en la regulación génica de las variantes genéticas metabólicas identificadas. Para definir las vías bioquímicas clave afectadas por el TBC1D4 mutado, los investigadores realizarán análisis metabolómicos de las muestras de biopsia muscular. Con el fin de identificar posibles vías dirigidas afectadas por la mutación, los investigadores realizarán interactomas basados ​​en espectrometría de masas, así como análisis proteómicos/fosfoproteómicos. Sobre la base de estos datos y los datos obtenidos de los análisis metabólicos, los investigadores podrán identificar mejor los procesos metabólicos afectados que intervienen en la progresión hacia el fenotipo diabético de los portadores inuit. En análisis posteriores, tales vías se estudiarán bioquímicamente con más detalle, incluidas modificaciones postraduccionales adicionales (a la fosforilación) (p. glicosilación), así como la expresión/actividades de enzimas clave en el metabolismo de la glucosa y las grasas.