Il ruolo di TBC1D4 nel metabolismo del glucosio indotto dall'esercizio e dall'insulina nel muscolo scheletrico umano

Recentemente è stata scoperta una comune variante groenlandese senza senso p.Arg684erTer (in cui l'arginina è sostituita da un codone di terminazione) nel gene TBC1D4. La variante ha una frequenza allelica del 17%. I portatori omozigoti di questa variante TBC1D4 hanno una ridotta tolleranza al glucosio e un rischio aumentato di 10 volte di T2D. I ricercatori propongono di eseguire una fenotipizzazione metabolica completa degli Inuit adulti che trasportano zero o due alleli della variante TBC1D4. I ricercatori ipotizzano che la regolazione di TBC1D4 nel muscolo scheletrico sia fondamentale nella regolazione dell'assorbimento del glucosio durante l'esercizio, durante la stimolazione fisiologica dell'insulina e per la capacità di un attacco acuto di esercizio di migliorare la sensibilità all'insulina per regolare il metabolismo del glucosio negli esseri umani.

I nostri obiettivi generali nel presente progetto sono:

1. Determinare se la variante TBC1D4 p.Arg684Ter influisce sulla regolazione dell'assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico durante l'esercizio e durante la stimolazione fisiologica dell'insulina.
2. Determinare l'effetto della variante TBC1D4 p.Arg684Ter per la capacità dell'esercizio acuto di sensibilizzare all'insulina il muscolo scheletrico per regolare il metabolismo del glucosio.
3. Definire le vie metaboliche interessate dalla variante p.Arg684Ter al fine di identificare i fattori causali responsabili del fenotipo diabetico dei portatori Inuit.

La conoscenza generata contribuirà a fornire ulteriori indizi esplicativi alla maggiore frequenza di T2D nei portatori.

Popolazione studiata:

Lo studio Inuit Health in Transition (IHIT) è uno studio sugli adulti nella Groenlandia occidentale e orientale. I partecipanti sono stati selezionati attraverso un campione casuale stratificato e i dati sono stati raccolti nel 1999-2010 utilizzando procedure cliniche, campionamento di materiale biologico e questionari. Per raggiungere l'obiettivo, gli investigatori eseguiranno una fenotipizzazione metabolica completa degli Inuit che trasportano zero (n = 10) o due (n = 10) alleli della variante TBC1D4 p.Arg684Ter reclutata da questa coorte. Sulla base di un effetto di 1,2 SD trovato per i livelli di glucosio plasmatico durante un test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) nello studio precedente (6) tra portatori omozigoti e non portatori della variante TBCD14, i ricercatori ottengono una potenza dell'89% a p= 0,05 quando si reclutano 10 portatori omozigoti e 10 non portatori.

Metodi:

La genotipizzazione della coorte IHIT è già stata eseguita. Pertanto, i ricercatori possono richiamare i partecipanti allo studio per il presente studio in base al loro genotipo noto. Gli investigatori intendono eseguire studi fisiologici altamente invasivi su soggetti che ospitano la mutazione puntiforme TBC1D4 e in soggetti di controllo abbinati per età, sesso e indice di massa corporea. I partecipanti saranno maschi non diabetici (25-50 anni) reclutati attraverso il registro di coorte IHIT (n=4.200). Il reclutamento, lo screening e le indagini cliniche iniziali (test di tolleranza al glucosio orale e test di esercizio fisico, inclusa la personalizzazione di un cicloergometro con una gamba sola) si svolgeranno in Groenlandia. La parte più invasiva dello studio, descritta di seguito, si svolgerà a Copenaghen, in Danimarca.

Durante il soggiorno a Copenaghen i partecipanti riceveranno una dieta standardizzata e bilanciata da consumare 3 giorni prima dello studio di intervento. Il giorno dello studio i partecipanti arriveranno in laboratorio dopo un digiuno notturno. I cateteri saranno posizionati in entrambe le vene femorali (V) e in un'arteria femorale (A). Una biopsia muscolare sarà ottenuta dal vasto laterale di una gamba (gamba a riposo). I partecipanti eseguiranno quindi un esercizio di estensore del ginocchio con una gamba per un'ora lasciando l'altra gamba come gamba di controllo riposata. Immediatamente dopo l'esercizio verrà ottenuta una biopsia dalla gamba dell'esercizio e i partecipanti riposeranno a digiuno per 3 ore prima di una terza serie di biopsie muscolari (da entrambe le gambe) e una biopsia del grasso sottocutaneo addominale. Successivamente, la sensibilità all'insulina sarà valutata durante un clamp euglicemico iperinsulinemico fisiologico di 2 ore. Entro la fine del morsetto sarà ottenuto un set finale di biopsie (entrambe le gambe) e una biopsia del grasso sottocutaneo addominale. Durante la giornata di studio, il campionamento di campioni di arteria e sangue venoso/plasma consente di stimare l'estrazione del substrato dalle due gambe. Inoltre, le misurazioni del flusso sanguigno arterioso mediante la tecnica Ultrasound Doppler consentiranno un calcolo finale dell'assorbimento/rilascio del substrato attraverso le due gambe prima dell'esercizio, durante l'esercizio e nel recupero dall'esercizio. È importante sottolineare che la capacità dell'insulina di stimolare il processo di tesi può essere valutata sia in una gamba a riposo che in quella precedentemente allenata.

I ricercatori hanno in programma di eseguire una profonda profilazione della trascrizione di campioni di tessuto muscolare e definire correlazioni tra età, sesso, indice di massa corporea, varianti genetiche e profili trascrizionali al fine di comprendere l'impatto sulla regolazione genica delle varianti genetiche metaboliche identificate. Al fine di definire le principali vie biochimiche interessate dal TBC1D4 mutato, i ricercatori eseguiranno analisi metabolomiche dei campioni di biopsia muscolare. Al fine di identificare i presunti percorsi mirati interessati dalla mutazione, i ricercatori eseguiranno l'interattoma basato sulla spettrometria di massa e analisi proteomiche / fosfoproteomiche. Sulla base di questi dati e dei dati ottenuti dalle analisi metaboliche, i ricercatori saranno in grado di identificare meglio i processi metabolici interessati coinvolti nella progressione verso il fenotipo diabetico dei portatori Inuit. Tali percorsi saranno nelle analisi successive studiati biochimicamente in modo più dettagliato includendo modifiche post-traduzionali aggiuntive (alla fosforilazione) (ad es. glicosilazione) così come l'espressione/attività di enzimi chiave nel metabolismo del glucosio e dei grassi.