Efecto del factor de crecimiento de fibroblastos-21 sobre la captación de glucosa en fibras aisladas de músculo esquelético

Abstract

La concentración de glucosa se encuentra se encuentra relativamente constante a nivel plasmático. La insulina contribuye a la captación de glucosa en el músculo esquelético, el cual representa el principal sitio de acción de la insulina. La captación de glucosa ocurre principalmente de manera dependiente de transportadores de glucosa (GLUT4) los que pueden translocar desde depósitos intracelulares para posteriormente fusionarse a la membrana plasmática y de esta manera facilitar el ingreso de glucosa a la célula.

En condiciones de resistencia a la insulina la acción tisular en el músculo esquelético de esta hormona, se ve reducida para permitir incorporación de glucosa desde el torrente sanguíneo; sin embargo, se han descrito moléculas que pueden ser secretadas desde el músculo esquelético y que pueden tener un papel en la captación de glucosa, una de ellas es FGF21. La bioactividad de FGF21, se ha demostrado en modelos in vitro; su administración exógena promueve la incorporación de glucosa tanto en adipocitos como en miotubos humanos; sin embargo, se desconoce el mecanismo molecular involucrado.

En esta tesis, se estudian los mecanismos moleculares que regulan la captación de glucosa en fibras aisladas de músculo esquelético cuando se le adiciona de manera exógena FGF21. Con este objetivo, las fibras aisladas fueron incubadas con inhibidores farmacológicos que permitieron determinar una vía alterativa a la canónica de insulina que involucra la participación de PKC atípicas (PKC-ζ) y la translocación de GLUT4 hacia la superficie celular. Además, se demostró que la presencia simultánea de FGF21 a baja concentración (1ng/mL) e insulina, presentan un efecto aditivo sobre la captación de glucosa. También, se muestra que en fibras aisladas que provienen de animales alimentados con dieta alta en grasa, FGF21 tiene un efecto en la captación de glucosa sin diferencias respecto a animales alimentados con dieta normal.

En conclusión, FGF21 promueve la captación de glucosa mediante la translocación de GLUT4, por un mecanismo dependiente de la actividad de PI3K y PKC-ζ e independiente de Akt. Observamos también, que FGF21 aumenta la captación de glucosa en fibras aisladas de músculo esquelético que provienen de animales alimentados con dieta alta en grasas.

Glucose concentration is relatively constant at the plasma level. Insulin contributes to glucose uptake in skeletal muscle, which represents the main site of insulin action. Glucose uptake occurs mainly in a glucose transporter (GLUT4)-dependent manner, which can translocate from intracellular stores and subsequently fuse to the plasma membrane to facilitate the entry of glucose into the cell.

In conditions of insulin resistance, the tissue action of this hormone in skeletal muscle is reduced to allow glucose incorporation from the bloodstream; however, molecules that can be secreted from skeletal muscle and that may have a role in glucose uptake have been described, one of which is FGF21. The bioactivity of FGF21 has been demonstrated in an in vitro model; its exogenous administration promotes glucose incorporation in both adipocytes and human myotubes; however, the molecular mechanism involved is unknown.

In this thesis, we study the molecular mechanisms that regulate glucose uptake in isolated skeletal muscle fibers when FGF21 is added exogenously. To this end, the isolated fibers were incubated with pharmacological inhibitors that allowed us to determine an alternative pathway to the canonical insulin pathway involving the participation of atypical PKC (PKC-ζ) and the translocation of GLUT4 to the cell surface. In addition, it was shown that the simultaneous presence of FGF21 at low concentration (1ng/mL) and insulin, present an additive effect on glucose uptake. Also, it is shown that in isolated fibers from animals fed a high-fat diet, FGF21 has an effect on glucose uptake with no difference with respect to animals fed a normal diet.

In conclusion, FGF21 promotes glucose uptake through GLUT4 translocation, by a mechanism dependent on PI3K and PKC-ζ activity and independent of Akt. We also observed that FGF21 increases glucose uptake in isolated skeletal muscle fibers from animals fed a high-fat diet.