TBC1D4:s roll i tränings- och insulininducerad glukosmetabolism i mänsklig skelettmuskel

Nyligen upptäcktes en vanlig grönländsk nonsens p.Arg684erTer-variant (där arginin ersätts med ett termineringskodon) i genen TBC1D4. Varianten har en allelfrekvens på 17 %. Homozygota bärare av denna TBC1D4-variant har nedsatt glukostolerans och en 10-faldigt ökad risk för T2D. Utredarna föreslår att man ska utföra omfattande metabolisk fenotypning av vuxna inuiter som bär noll eller två alleler av TBC1D4-varianten. Utredarna antar att reglering av TBC1D4 i skelettmuskulaturen är avgörande för att reglera glukosupptaget under träning, under fysiologisk insulinstimulering och för förmågan hos en akut träningsperiod att förbättra insulinkänsligheten för att reglera glukosmetabolismen hos människor.

Våra övergripande mål i detta projekt är att:

1. Bestäm om TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten påverkar regleringen av glukosupptaget i skelettmuskulaturen under träning och under fysiologisk insulinstimulering.
2. Bestäm effekten av varianten TBC1D4 p.Arg684Ter för akut tränings förmåga att insulinsensibilisera skelettmuskulaturen för att reglera glukosmetabolismen.
3. Definiera de metabola vägar som påverkas av p.Arg684Ter-varianten för att identifiera orsaksfaktorer som är ansvariga för den diabetiska fenotypen av inuitbärare.

Den kunskap som genereras kommer att bidra till ytterligare förklarande ledtrådar till den ökade frekvensen av T2D i bärarna.

Studera befolkning:

Inuit Health in Transition-studien (IHIT) är en studie av vuxna i västra och östra Grönland. Deltagarna valdes ut genom ett stratifierat slumpmässigt urval och data samlades in 1999-2010 med hjälp av kliniska procedurer, provtagning av biologiskt material och frågeformulär. För att uppnå målet kommer forskarna att utföra omfattande metabolisk fenotypning av inuiter som bär noll (n=10) eller två (n=10) alleler av TBC1D4 p.Arg684Ter-varianten som rekryterats från denna kohort. Baserat på en effekt på 1,2 SD som hittats för plasmaglukosnivåer under ett oralt glukostoleranstest (OGTT) i den tidigare studien (6) mellan homozygota bärare och icke-bärare av TBCD14-varianten, uppnår utredarna 89 % effekt vid p= 0,05 vid rekrytering av 10 homozygota bärare och 10 icke-bärare.

Metoder:

Genotypning av IHIT-kohorten har redan utförts. Således kan utredarna återkalla studiedeltagare för den aktuella studien baserat på deras kända genotyp. Utredarna har för avsikt att utföra mycket invasiva fysiologiska studier av försökspersoner som har TBC1D4-punktmutationen och hos kontrollpersoner som matchas efter ålder, kön och BMI. Deltagarna kommer att vara män utan diabetes (25-50 år) rekryterade genom IHIT-kohortregistret (n=4 200). Rekryteringen, screeningen och inledande kliniska undersökningar (oralt glukostoleranstest och fysisk träningstester, inklusive anpassning till en enbens cykelergometer) kommer att äga rum på Grönland. Den mest invasiva delen av studien, som beskrivs nedan, kommer att äga rum i Köpenhamn, Danmark.

Under vistelsen i Köpenhamn kommer deltagarna att få en energimatchad, standardiserad diet som ska konsumeras 3 dagar före interventionsstudien. På studiedagen kommer deltagarna till laboratoriet efter en natts fasta. Katetrar kommer att placeras i båda lårbensvenerna (V) och i en lårbensartär (A). En muskelbiopsi kommer att erhållas från vastus lateralis av ett ben (vilande ben). Deltagarna kommer sedan att utföra ena ben knä extensor övning i en timme och lämnar det andra benet som ett vilat kontrollben. Omedelbart efter träning kommer en biopsi att tas från träningsbenet och deltagarna kommer att vila i fastande tillstånd i 3 timmar innan en tredje uppsättning muskelbiopsier (från båda benen) och en subkutan fettbiopsi i buken tas. Därefter kommer insulinkänsligheten att utvärderas under en 2-timmars fysiologisk hyperinsulinemisk euglykemisk klämma. I slutet av klämman kommer en slutlig uppsättning biopsier (båda benen) och en buksubkutan fettbiopsi att tas. Under hela studiedagen provtagning av artär- och venösa blod-/plasmaprover möjliggör uppskattning av substratextraktion av de två benen. Vidare kommer mätningar av artärblodflödet med ultraljudsdopplerteknik att möjliggöra en slutlig beräkning av substratupptag/frisättning över de två benen före träning, under träning och vid återhämtning från träning. Viktigt är att insulinets förmåga att stimulera dessa processer kan utvärderas i både ett utvilat och i det tidigare tränade benet.

Utredarna planerar att utföra djup transkriptionsprofilering av muskelvävnadsprover och definiera korrelationer mellan ålder, kön, BMI, genetiska varianter och transkriptionsprofilerna för att förstå effekten på genreglering av identifierade metabola genetiska varianter. För att definiera viktiga biokemiska vägar som påverkas av den muterade TBC1D4, kommer utredarna att utföra metabolomiska analyser av muskelbiopsiproverna. För att identifiera förmodade riktade vägar som påverkas av mutationen kommer utredarna att utföra masspektrometribaserade interaktomer samt proteomiska / fosfoproteomiska analyser. Baserat på dessa data och data som erhållits från de metaboliska analyserna kommer utredarna att bättre kunna identifiera de påverkade metaboliska processerna som är involverade i utvecklingen mot den diabetiska fenotypen av inuitbärarna. Sådana vägar kommer i efterföljande analyser att studeras biokemiskt mer i detalj inklusive ytterligare (till fosforylering) post translationella modifieringar (t.ex. glykosylering) samt uttryck/aktiviteter av nyckelenzymer i glukos- och fettmetabolism.