Relevancia Pasado Y El Futuro: Knockout Modelos De Señalización De La Insulina De Ratón

Relevancia pasado y el futuro: Knockout modelos de señalización de la insulina de ratón

Resistencia a la insulina es una característica de la diabetes tipo 2. En un esfuerzo para entender y tratar esta condición, los investigadores han usado la manipulación genética de los ratones para descubrir las vías de señalización de la insulina y determinar los efectos de su perturbación. Después de décadas de investigación, se ha aprendido mucho, pero la fisiopatología de la resistencia a la insulina en la diabetes humana sigue siendo polémico, y el tratamiento de la resistencia a la insulina sigue siendo un desafío. Esta revisión se discuten las limitaciones de los modelos de ratones que carecen de selección de insulina genes de moléculas de señalización. En los modelos de ratón más influyentes, el metabolismo de la glucosa se diferencia de la de los humanos en el celular, órganos y niveles de todo el organismo, y estas diferencias limitan la relevancia y beneficios de los modelos de ratones, tanto en términos de investigaciones mecanicistas y desarrollo terapéutico. Estas diferencias se deben en parte a las diferencias inmutables en el ratón y la biología humana, y en parte a la falta de modificaciones genéticas para producir un modelo exacto de la diabetes humana. Hay varios factores que a menudo limitan los puntos de vista mecanicistas obtenidos de ratones experimentales con la especie y cepa particular, incluyendo: Efectos de desarrollo, ajustes inesperados metabólicos, efectos de fondo genéticos y cuestiones técnicas. Llegamos a la conclusión de que las limitaciones y debilidades de los modelos de ratón modificados genéticamente, de resistencia a la insulina ponen de relieve la necesidad de una reorientación de los esfuerzos de investigación hacia métodos que son más directamente relacionados con la fisiología humana.

Core consejo: Resistencia a la insulina es fundamental en la fisiopatología de la diabetes tipo 2. Los orígenes moleculares de resistencia a la insulina se han investigado utilizando ratones modificados genéticamente. Mucho se ha aprendido de este trabajo, pero los nuevos tratamientos para la resistencia a la insulina no han sido inminente. Knockout modelos de ratón de la diabetes están limitados por varios factores, entre ellos las diferencias entre especies en el metabolismo de la glucosa. Estos son en parte debido a las diferencias entre especies en la fisiología, y en parte a la falta de modificaciones genéticas para producir un modelo preciso. Avance puede requerir una reorientación de los esfuerzos de investigación hacia métodos que son más directamente relevante para la fisiología humana

INTRODUCCIÓN

La diabetes tipo 2 es un problema creciente de salud pública que afecta a aproximadamente 26 millones de adultos en los Estados Unidos, con pre-diabetes que afecta a un 79 millones de dólares adicionales [ 1 ]. La historia natural de la diabetes tipo 2 comienza con resistencia a la insulina, que se desarrolla con el tiempo y, a menudo precede a un diagnóstico por muchos años. El páncreas compensa resistencia a la insulina mediante el aumento de la secreción de insulina, a menudo conduce a la hiperinsulinemia. Para muchos pacientes resistentes a la insulina, el páncreas es incapaz de mantener un alto nivel de secreción de insulina.A medida que el páncreas no puede satisfacer la demanda de insulina, la glucosa en plasma se eleva. Los pacientes son a continuación en riesgo de morbilidad y mortalidad asociada con complicaciones tales como neuropatía, retinopatía, nefropatía y mayor riesgo de enfermedad cardiovascular. En general, la diabetes tipo 2 disminuye la esperanza de vida a los 50 años o más por cerca de 8 años [ 2 ]. Aparte de la diabetes y el síndrome metabólico, resistencia a la insulina también se asocia con el síndrome de ovario poliquístico y otros problemas. La comprensión de las causas celulares y moleculares de la resistencia a la insulina es un área de investigación activa debido a la necesidad de descubrir nuevas terapias para ayudar a los pacientes.

Los modelos animales se utilizan a menudo para investigar los mecanismos de resistencia a la insulina y desarrollar agentes terapéuticos. En el campo de la diabetes tipo 1, graves limitaciones de los modelos animales han puesto de manifiesto [ 3 ]; Por lo tanto, tratamos de evaluar la utilidad de los modelos selectos de ratón utilizados en la investigación de tipo 2 diabetes, específicamente la señalización de insulina y resistencia. Comenzamos con un breve resumen de la señalización de la insulina, seguida de una mirada más cercana a las limitaciones generales de los modelos de ratón y las limitaciones específicas de nocauts que carecen de selección de señalización de insulina genes de moléculas.

Resistencia a la insulina se define como el fracaso de las células para responder normalmente a la insulina, y lo más importante, a efectos reductores de la glucosa de la insulina. Se puede medir por una serie de enfoques, incluyendo el modelo homeostático de resistencia a la insulina, que se basa en ayunas los niveles de glucosa e insulina, y el enfoque estándar de oro, una prueba de pinza hiperinsulinémico euglycemic [ 4 ].En un nivel celular, resistencia a la insulina se manifiesta de forma diferente en diferentes tejidos (Figura 1 ).Células musculares resistentes a la insulina fallan a la captación de glucosa y otros nutrientes en respuesta a la insulina, mientras que en el tejido adiposo, resistencia a la insulina conduce a una mayor hidrólisis de los triglicéridos almacenados en adición a la disminución de la absorción de nutrientes. En el hígado, la insulina promueve la síntesis de glucógeno y previene la liberación de glucosa almacenada,

elevando así los niveles de glucosa en sangre. En el cerebro, la insulina disminuye el apetito y la producción de glucosa hepática [ 5].

Los mecanismos moleculares de la resistencia a la insulina en la diabetes tipo 2 no se han caracterizado completamente, aunque muchos importantes bioquímicos, metabólicos, y las características genéticas han sido identificadas. Resultados acumulados han puesto de manifiesto varias vías a resistencia a la insulina, incluyendo la acumulación de lípidos, el estrés oxidativo y la inflamación [ 6 ]. Una característica común importante de estos mecanismos es la activación de quinasas sensibles al estrés, incluyendo la proteína quinasa C ζ (PKCζ) que causan una amortiguación de señalización de la insulina [ 6 , 7 ].

La insulina está implicada en un número de procesos celulares, aparte de metabolismo de los nutrientes, incluyendo la síntesis de proteínas, la biogénesis mitocondrial, el crecimiento, la autofagia, la proliferación, la diferenciación y la migración [ 8 - 10 ]. Como se ilustra en la Figura 2 , la unión de la insulina a su receptor desencadena una cascada de eventos celulares que conduce a la absorción de nutrientes y la activación de estos diversos programas celulares [ 8 ]. En condiciones sensibles a la insulina, como se muestra en la Figura2A , el sustrato del receptor de insulina (IRS) activa phosphoinositide 3-quinasa (PI3K), que produce un metabolito que activa la proteína quinasa B (AKT) y PKCλ / ι. PKC λ / ι, que también depende de los lípidos para la activación, puede inhibir la señalización de la insulina por un mecanismo de retroalimentación.La gamma nuclear peroxisoma proliferador activado del receptor del receptor, o γ del receptor activado por proliferadores de peroxisomas (PPAR), es importante en el metabolismo de los lípidos, y es el objetivo de sensibilizar a la insulina tiazolidindiona drogas (TZD). PPAR se activa tras la unión de lípidos y promueve la expresión de genes implicados en el almacenamiento de grasa. Como se muestra en la Figura 2B , bajo condiciones resistentes a la insulina, la acumulación de lípidos, estrés oxidativo, y las citoquinas pro-inflamatorias causar la activación de las quinasas sensibles al estrés, tales como PKC, inhibidor del factor nuclear kappa β subunidad-B quinasa (IKK-β) y c-Jun N-terminal quinasa 1 (JNK1), que inhiben la señalización de la insulina [ 6 , 7 ].

La evidencia de la insulina vías de señalización y los mecanismos de resistencia a la insulina proviene de la célula humana y animal y estudios de tejidos, los estudios clínicos y experimentos con animales enteros. Si bien los datos de diversos modelos han sido útiles en la formulación y comprobación de hipótesis, algunos enfoques son más prometedoras que otras. Modelos de roedores se han utilizado en el estudio de la diabetes tipo 2 y resistencia a la insulina durante décadas. Condiciones de interés para el estudio de la resistencia a la insulina y la diabetes son inducidas en roedores utilizando varios enfoques, incluyendo la genética, farmacológica, quirúrgica, y las inducciones dietéticos. Un número de estos enfoques y modelos han sido revisados en otras partes [ 11 - 14 ]. Muchos investigadores dirigidos favorecen la manipulación genética, ya que permite la eliminación específica y completa o casi completa de la función del gen diana en un organismo entero o tejidos específicos [ 15 ]. En combinación con estudios farmacológicos, basados en células y moleculares, estos estudios de ratones knockout han mapeado la vía de señalización de la insulina en ratones con un alto nivel de detalle. Otros autores han descrito cómo se ha demostrado que las conexiones vía probados en seres humanos que se conservan ( es decir ., [ 16 ]). Muchos argumentarían que los estudios de ratones knockout han sido especialmente importante en la definición de la función de los genes para los que no la ablación funcional de base molecular farmacológico u otro está disponible [ 17 ]. En este

...