Rollen til TBC1D4 i trenings- og insulinindusert glukosemetabolisme i menneskelig skjelettmuskulatur

Nylig ble det oppdaget en vanlig grønlandsk nonsens p.Arg684erTer-variant (der arginin er erstattet med et termineringskodon) i genet TBC1D4. Varianten har en allelfrekvens på 17 %. Homozygote bærere av denne TBC1D4-varianten har nedsatt glukosetoleranse og 10 ganger økt risiko for T2D. Etterforskerne foreslår å utføre omfattende metabolsk fenotyping av voksne inuitter som bærer null eller to alleler av TBC1D4-varianten. Etterforskerne antar at regulering av TBC1D4 i skjelettmuskulatur er sentralt for å regulere glukoseopptak under trening, under fysiologisk insulinstimulering, og for evnen til en akutt treningsøkt for å forbedre insulinfølsomheten for å regulere glukosemetabolismen hos mennesker.

Våre overordnede mål i dette prosjektet er å:

1. Bestem om TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten påvirker reguleringen av glukoseopptaket i skjelettmuskulaturen under trening og under fysiologisk insulinstimulering.
2. Bestem effekten av TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten for evnen til akutt trening å insulinsensibilisere skjelettmuskulaturen for å regulere glukosemetabolismen.
3. Definer metabolske veier som påvirkes av p.Arg684Ter-varianten for å identifisere årsaksfaktorer som er ansvarlige for den diabetiske fenotypen til Inuit-bærere.

Kunnskapen som genereres vil bidra til ytterligere forklarende ledetråder til den økte frekvensen av T2D i bærerne.

Studiepopulasjon:

Inuit Health in Transition-studien (IHIT) er en studie av voksne i Vest- og Øst-Grønland. Deltakerne ble valgt ut gjennom et stratifisert tilfeldig utvalg og data ble samlet inn i 1999-2010 ved hjelp av kliniske prosedyrer, prøvetaking av biologisk materiale og spørreskjemaer. For å oppnå målet vil etterforskerne utføre omfattende metabolsk fenotyping av inuitter som har null (n=10) eller to (n=10) alleler av TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten rekruttert fra denne kohorten. Basert på en effekt på 1,2 SD som funnet for plasmaglukosenivåer under en oral glukosetoleransetest (OGTT) i forrige studie (6) mellom homozygote bærere og ikke-bærere av TBCD14-varianten, oppnår etterforskerne 89 % kraft ved p= 0,05 ved rekruttering av 10 homozygote bærere og 10 ikke-bærere.

Metoder:

Genotyping av IHIT-kohorten er allerede utført. Dermed kan etterforskerne kalle studiedeltakere på nytt for denne studien basert på deres kjente genotype. Etterforskerne har til hensikt å utføre svært invasive fysiologiske studier av forsøkspersoner som har TBC1D4-punktmutasjonen og hos kontrollpersoner matchet etter alder, kjønn og BMI. Deltakerne vil være ikke-diabetikere (25-50 år) menn rekruttert gjennom IHIT-kohortregisteret (n=4200). Rekrutteringen, screeningen og innledende kliniske undersøkelser (oral glukosetoleransetest og fysisk treningstester, inkludert tilpasning til et ettbens sykkelergometer) vil finne sted på Grønland. Den mest invasive delen av studien, beskrevet nedenfor, vil finne sted i København, Danmark.

Under oppholdet i København vil deltakerne motta en energitilpasset, standardisert diett som skal inntas 3 dager før intervensjonsstudien. På studiedagen vil deltakerne ankomme laboratoriet etter en nattfaste. Katetre vil bli plassert i både lårbensvener (V) og i en lårarterie (A). En muskelbiopsi vil bli tatt fra vastus lateralis av ett ben (hvilende ben). Deltakerne vil deretter utføre kneekstensorøvelse med ett ben i én time og etterlate det andre beinet som et uthvilt kontrollben. Umiddelbart etter trening vil det bli tatt en biopsi fra treningsbenet og deltakerne vil hvile i fastende tilstand i 3 timer før et tredje sett med muskelbiopsier (fra begge ben) og en abdominal subkutan fettbiopsi tas. Deretter vil insulinfølsomheten bli evaluert i løpet av en 2-timers fysiologisk hyperinsulinemisk euglykemisk klemme. Ved slutten av klemmen vil et siste sett med biopsier (begge ben) og en abdominal subkutan fettbiopsi bli tatt. Gjennom hele studiedagen tillater prøvetaking av arterie- og venøse blod-/plasmaprøver estimering av substratekstraksjon av de to bena. Videre vil målinger av arteriens blodstrøm ved hjelp av ultralyddoppler-teknikk tillate en endelig beregning av substratopptak/-frigjøring over de to bena før trening, under trening og ved restitusjon fra trening. Det er viktig at insulinets evne til å stimulere disse prosessene kan evalueres både i et uthvilt og i det tidligere trente beinet.

Etterforskerne planlegger å utføre dyp transkripsjonsprofilering av muskelvevsprøver og definere korrelasjoner mellom alder, kjønn, BMI, genetiske varianter og transkripsjonsprofilene for å forstå innvirkningen på genregulering av identifiserte metabolske genetiske varianter. For å definere viktige biokjemiske veier påvirket av den muterte TBC1D4, vil etterforskerne utføre metabolomiske analyser av muskelbiopsiprøvene. For å identifisere antatte målrettede veier påvirket av mutasjonen, vil etterforskerne utføre massespektrometri-baserte interaktomer så vel som proteomiske / fosfoproteomiske analyser. Basert på disse dataene og data innhentet fra de metabolske analysene, vil etterforskerne være bedre i stand til å identifisere de berørte metabolske prosessene som er involvert i progresjonen mot den diabetiske fenotypen til Inuit-bærerne. Slike veier vil i påfølgende analyser bli studert biokjemisk mer detaljert inkludert ytterligere (til fosforylering) posttranslasjonsmodifikasjoner (f. glykosylering) samt uttrykk/aktiviteter av nøkkelenzymer i glukose- og fettmetabolismen.