Rol de la proteína Herpud1 en la respuesta a insulina en células musculares esqueléticas

Abstract

El músculo esquelético es un tejido esencial en la mantención de la homeostasis de la glucosa en el organismo. Alteraciones en la respuesta a la hormona insulina en este tejido se relacionan directamente con el desarrollo de resistencia a insulina y diabetes tipo 2. Los mecanismos moleculares involucrados en el desarrollo de resistencia a insulina en el músculo esquelético no se conocen con claridad. En este sentido, trabajos previos de nuestro laboratorio muestran que las alteraciones en la homeostasis del calcio (Ca2+) intracelular disminuyen la respuesta a insulina en el músculo esquelético y cardíaco. HERPUD1 es una proteína ubicada en la membrana del retículo endoplasmático (RE), involucrada en la mantención de la homeostasis del Ca2+ intracelular en condiciones de estrés celular. Se ha descrito que el ratón knockout general para la proteína Herpud1 es intolerante a la glucosa, sin mostrar alteraciones en la secreción de insulina. Dado que el músculo esquelético es principal encargado de la incorporación de glucosa dependiente de insulina en condiciones postprandiales, en esta tesis proponemos que la proteína Herpud1 es necesaria para la adecuada respuesta a insulina en el músculo esquelético. Proponemos además que Herpud1 regula la respuesta a insulina a través de la mantención de la homeostasis del Ca2+ intracelular y su efecto sobre la actividad de la serina-treonina fosfatasa activada por Ca2+ calcineurina. Previamente se ha descrito que esta fosfatasa interactúa con Akt, disminuyendo la señalización de insulina en cardiomiocitos. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran que el silenciamiento de la proteína Herpud1 disminuye la captación de glucosa, la translocación del transportador de glucosa GLUT4 hacia la membrana plasmática y la señalización inducida por insulina en la línea celular de músculo esquelético de rata L6 (miotubos). También observamos una disminución en la fosforilación de Akt (Ser- 473) inducida por insulina en el músculo sóleo del ratón knockout general para la proteína Herpud1. El silenciamiento de Herpud1 también se asocia a un aumento en la respuesta de Ca2+ citosólico y a una disminución en la respuesta de Ca2+ mitocondrial dependientes del IP3R en los miotubos L6. Este desbalance en la respuesta de Ca2+ intracelular fue acompañado de un aumento en la actividad de calcineurina. Demostramos además que calcineurina regula la respuesta a insulina en los miotubos L6, y que la inhibición de calcineurina restablece la respuesta a insulina en las células L6 knockdown para Herpud1. Basado en estos resultados, concluimos que la proteína Herpud1 es necesaria para la respuesta a insulina en los miotubos L6 a través de la regulación del eje Ca2+-calcineurina

Skeletal muscle is an essential tissue in the maintenance of glucose homeostasis in the body. Alterations in the response to insulin in skeletal muscle are directly related to the development of insulin resistance and type 2 diabetes. The molecular mechanisms involved in the development of insulin resistance in this tissue are incompletely understood. In this sense, previous works from our laboratory show that alterations in intracellular calcium (Ca⁠2+) homeostasis decreases the insulin response in skeletal and cardiac muscle. Herpud1 is a protein located in the membrane of endoplasmic reticulum (ER), involved in the maintenance of intracellular Ca⁠2+ homeostasis under stress conditions. It has been reported that the general Herpud1 knockout mice display intolerance to a glucose load without showing altered insulin secretion. Given that skeletal muscle is primarily responsible for insulin-dependent glucose incorporation in postprandial conditions, in this thesis we propose that Herpud1 is necessary for the adequate insulin response in this tissue. We also propose that Herpud1 regulates the insulin response through maintenance of intracellular Ca⁠2+ homeostasis and its effect on the activity of the serine-threonine phosphatase activated by Ca⁠2+ calcineurin. Previously it has been described that calcineurin interacts with Akt, decreasing insulin signaling in cardiomyocytes. The results obtained in this work show that the silencing of Herpud1 decreases glucose uptake, GLUT4 translocation to plasma membrane and insulin-dependent intracellular signaling in rat derived skeletal muscle cell line L6 (myotubes). We also observed a decrease in insulin-induced Akt (Ser⁠-473) phosphorylation in soleus muscle from general Herpud1-knockout mice. The silencing of Herpud1 is also associated with an increase in the cytosolic Ca⁠2+ response and a decrease in the mitochondrial Ca⁠2+ response induced by IP3R agonist histamine in L6 myotubes. This imbalance in the intracellular Ca⁠2+ response was accompanied by an increase in calcineurin activity. We also show that calcineurin regulates insulin response in L6 myotubes, and that the inhibition of calcineurin restores the insulin response in Herpud1-depleted L6 myotubes. Based on these findings, we conclude that Herpud1 is necessary for the insulin response in L6 myotubes through its role in the regulation of Ca2+-calcineurin axis