INSULINA (I): EFECTOS Y REGULACIÓN DE LA INSULINA

EFECTOS DE LA INSULINA SEGÚN EL TEJIDO DIANA

• ·         Cerebro e hipotálamo: Menor ingesta de alimentos.
• ·         Páncreas: Menor síntesis de glucagón.
• ·         Hígado: Aumento de la glucólisis, lipogénesis y síntesis y secreción de VLDL. Disminución en la gluconeogénesis, glucogenólisis y oxidación de FFA.
• ·         Músculo: Aumento en la captación de glucosa. Glucogénesis, glucólisis y síntesis proteica. Menor degradación de proteínas y de FFA.
• ·         Tejido adiposo: Aumento en la captación de glucosa y la lipogénesis. Menor lipólisis.
• ·         La resistencia a la insulina puede provocar una desregulación de estos procesos, provocando un aumento en la cantidad de glucosa y FFA circulando por el torrente sanguíneo.

PANCREAS ENDOCRINO

• ·         La mayor parte del páncreas es exocrina. Solo una pequeña parte forma los llamados islotes de Langerhans (dos tipos celulares importantes, células α, productoras de glucagón, y células β, productoras de insulina.
• ·         En adultos, las células β se duplican o la propia insulina ( o IGFI) activan su proliferación.

REGULACIÓN DE LA INSULINA

REGULACIÓN A NIVEL TRANSCRIPCIONAL

• A nivel endocrino nos encontramos con GLP-1, una hormona producida por los intestinos (durante la ingesta) que presenta afinidad por un receptor de membrana, que empezará una cascada de señalización cuya acción final será el aumento en la expresión de PDX1, un factor de transcripción del gen de la insulina. Este factor de transcripción solo se encuentra activo en su forma fosforilada. (Existe otro factor, llamado MafA, que posee un dominio de cremallera de Leucinas. Es un TF muy potente, específico de las células β).
• La glucosa también actúa como “activador” de la expresión de insulina, ya que se puede transportar a través de GLUT2 (recordemos, un transportador con baja afinidad pero alta capacidad). La glucosa, siguiendo algún tipo de señalización aun desconocido, provocará la fosforilación de PDX1, lo cual le permitirá translocarse al núcleo de la célula y actuar como factor de transcripción de la insulina (para aumentar la expresión de esta).
• A su vez, se sabe que la insulina también actúa a “upstream” de esa cascada de señalización que acabará desembocando en la fosforilación de PDX1 (y por lo tanto, un aumento de expresión de la insulina). Podríamos decir que esta regulación por parte de la misma insulina es muy parecida al “feedback positivo”. Se trata de un efecto autocrino.
• Finalmente, BMP4, “Bone morphogenetic protein 4”, también puede efectuar regulación, activando la proteína Smad1 (por fosforilación). Entonces será capaz de heterodimerizarse con Smad4, actuando como regulador positivo de la expresión de la insulina. Destacar queBMP4 son receptores con actividad Ser-Thr-K, activados por TFGβ. Se trata de un proceso autocrino, no sale a circulación.

REGULACIÓN A NIVEL TRADUCCIONAL

• La glucosa también puede activar su traducción.
• Existen proteínas represoras de la traducción (HuD, la cual está unida a regiones UTR). Cuando la glucosa circulante aumenta, estas uniones se disocian (por unión de la glucosa a HuD), y se puede activar la traducción, aumentando está en un orden de magnitud.

REGULACIÓN POST-TRADUCCIONAL

• Una vez traducida la proteína, tenemos la llamada “Preproinsulina”.
• Su incorporación al retículo endoplasmático y el corte de su péptido señal son debidos al aumento de la glucosa.
• Sin el péptido señal, tenemos la llamada “Proinsulina”. Se trata de una secuencia única y larga, sin puentes disulfuro. Esta pasará al aparato de Golgi, donde circulará a través de las vesículas y pasará de cis a trans, donde se producirá el cambio de pH y la activación de ciertas proteasas, que cortarán secuencias concretas (previamente, la proteína se habrá plegado, todo ello estabilizado por la formación de los 3 puentes disulfuro).
• Una parte de la “proinsulina” es el llamado “péptido C”, de gris en la imagen. El resto, forma la insulina madura, y se almacenará en gránulos de secreción para cuando se requieran, siendo estimulados, de nuevo, por la glucosa.

REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE INSULINA

Antes de comentar los diferentes factores que regulan la salida de esta proteína, seria necesario describir las características que definen la misma salida.

• Cuando esta se produce, se pueden detectar dos picos, uno muy rápido, que proviene de las vesículas de insulina que se encuentran cerca de la membrana. El segundo pico se corresponde a la resta mucho más adentro, en el citosol, y que se deberán translocar hacía al exterior.

• El desencadenante de la salida de insulina es el incremento de los niveles de calcio. ¿Porqué? El aumento de la glucosa circulante en el torrente sanguíneo hará aumentar la cantidad de esta capaz de entrar por GLUT2. Una vez dentro, rápidamente será fosforilada por la enzima Glucoquinsa (GK, recordemos que nos encontramos en una célula pancreática. La presencia tanto de GLUT2 y GK permite notar los cambios de glucosa circulante en el cuerpo) y posteriormente pasará por la vía glucolítica al catabolismo mitocondrial, haciendo aumentar la concentración de ATP y disminuir la concentración de ADPMg, lo cual activará el transporte de las vesículas con insulina y inhibirá los canales de salida de potasio, provocando una despolarización a nivel de la membrana celular y la entrada del calcio por medio de los canales de calcio dependientes de voltaje.

• En los casos de diabetes de tipo II, no pueden producir sufriente cantidad de insulina, y eso es debido a que tienen alterados algunos de los componentes relacionados con la entrada de glucosa a las células β.

¿Cuáles son los principales estímulos que regulan la secreción de insulina?

• Tanto Ach como CCK van a través de la misma vía con su correspondiente receptor. Estos activan una proteína G (GqII) que a su vez activa PLC_β.  Al final, habrá activación de IP₃ y DAG. El primero liberará el calcio a nivel del RE. Mientras, el DAG entrará en la vía de PKC, que también finaliza con la liberación de calcio del RE.
• Respecto a GLP1 o GIP, cada uno actuará a través de su receptor y activarán a G_s, la cual activará a su vez al adenilato ciclasa, aumentando la concentración de AMPc, activándose PKKA y EPAC, proteína que regula la liberación del calcio por el retículo y contribuye a movilizar más cantidad de calcio y regular el tránsito de las vesículas de insulina. Por lo tanto, GLP1 o GIP actúan como activadores de las células β pancreáticas.
• La NE (norepinefrina) se une a receptores de tipo α₂, activando una proteína G inhibitoria del adenilato ciclasa (Gi) y disminuyendo los niveles de AMPc. Su función es compensatoria.
• Existen otros reguladores como el caso de la Leptina o los estrógenos.

• ACh: Acetilcolina. Neurotransmisor sintetizado por el sistema parasimpático
• NE: Norepinefrina (o noradrenalina), también se sintetiza a nivel del sistema parasimpático.
• CCK: Colecistoquinina, una hormona que se sintetiza en el intestino debido a la ingesta.
• GLP1 y GIP son hormonas sintetizadas en el intestino como respuesta a la ingesta.

PRODUCCIÓN DE GLP1

• GLP1 es producido por las células L del intestino, también conocidas como Enteroendocrinas. La salida de este GLP1 está regulada de diferente manera por elementos de la ingesta. Estos elementos regularán la liberación de calcio y la movilización de las vesículas.
• En el nivel apical de estas células L del intestino es donde se encuentran los receptores que detectan la entrada de determinadas moléculas presentes en los alimentos. Los receptores GPR120 tienen como ligandos moléculas lipídicas. Los ligandos MAG provienen de la dieta como moléculas señal que activan los receptores, que a su vez activan Gq y aumentan los niveles de calcio.
• Existen otros elementos, como los ácidos biliares. Actúan a través de receptores como el TGR5, el cual es un receptor de 7 dominios que activa el aumento de AMPc a través de Gs, que finalizará con el aumento de los niveles de calcio intracelular. Una ingesta lipídica favorecerá la liberación de ácidos biliares.
• Existen también T1R2 y T1R3, los cuales son activados por azúcares como la propia glucosa. Estos activarán a PLC, finalizando con la liberación de calcio. Participa una proteína G específica, GG (se activa por receptores de gusto).
• La actividad de los canales de iones está regulada por el sistema nervioso (vagal) al detectar nutrientes en el estómago y el duodeno.
• GLP1 es inactivado por DDP4, lo cual induce a que su vida media sea de aproximadamente 2 minutos.
• ¿Cuáles son las funciones de GLP1?

1. Aumentar la secreción de insulina (dependiente de glucosa), la síntesis de insulina y la proliferación de las células β.
2. Disminuir la secreción del glucagón, el vaciado gástrico y la ingesta.

• GLP1 está codificado por el mismo gen que el glucagón (por eso, GLP significa Glucagon-Like Peptide).
• PC2 (Prohorma convertasa 2). Se expresa en células α. Procesa el proglucagón a glucagón. (La secreción de glucagón en células α está inhibida cuando hay presencia de insulina y activada cuando los niveles de glucosa son bajos).
• PC1/3 (Prohormona convertasa 1/3). Se expresa en células L del intestino y células α proliferantes, procesa el proglucagón a GLP1.

MECANISMO DE ACCIÓN DE LA INSULINA

• El receptor de la insulina es del tipo Tyr-K. En el dominio extracelular encontramos dos hélices α de unión al ligando y están asociadas a dos láminas β que son quienes tienen actividad y Tyr potencialmente fosforilables (nansa de activación).
• La insulina regula la entrada de glucosa en el tejido adiposo y muscular. En adipocitos, la insulina moviliza GLUT4 hacía a la membrana, activando su translocación. Aparte, la insulina también podrá activar una cascada de señalización celular para regular el gen que expresa GLUT4, aunque el efecto no es inmediato.
• Por eso, el número de transportadores aumenta mucho, implicando que la captación de glucosa sea mayor. El receptor fosforila un tipo de proteínas llamados IRS (insulin receptors substrate) y las Gab.
• IRS se fosforilan, lo que permitirá que la vía continúe. Estas IRS pueden contactar con diferentes proteínas para continuar con la cascada de señalización (dependiendo de las Tyr fosforiladas y las proteínas con las que se establezca contacto, los efectos serán unos u otros, lo que explica las diferentes acciones en los diferentes tejidos).
• A través de IRS la insulina pude activar la vía de las MAPK. Aunque no hay descrito un mecanismo único, porqué se cree que existen diversos mecanismos diferentes. La vía de las MAPK estimulará la proliferación celular y la expresión de algunos genes.
• Existe otra vía, donde IRS interacciona con p110/p85 (PI3K), la cual tiene como consecuencia la generación de PIP₃ que a su vez activarán otras quinasas como AKT o PKA y acabará generando diferentes vías de transducción de la señal.

¿Cuáles son estas vías?

• Una de ellas involucra a As160, que es responsable de translocar a GLUT4 hacía la membrana plasmática.
• También nos encontramos con Foxo-1P, factor de transcripción que regula genes clave para la gluconeogénesis como la PEPCK o G6Pasa, el cual es fosforilado por AKT, impidiendo que pueda translocarse al núcleo y disminuyendo la gluconeogénesis.
• Otra regulación se ejerce sobre GSK3, incrementando la síntesis de glicógeno.
• También, vía PKC, se incrementará el crecimiento y la proliferación celular.
• Finalmente, existe otra vía a través de mTORC1 (y PDK1), cuyos efectos finales serán el aumento de la síntesis proteica.

MECANISMOS FEED-BACK

Acción de fosfatasas.

• PTPIB, desfosforila residuos de Tirosina de IRS.
• PTEN, desfosforila fosfatos en posición 3 del PIP₃.
• PP2A, desfosforila residuos Ser/Thr de AKT.

Fosforilaciones inhibitorias.

• S6K1 y mTORC1, en residuos de SER e IRS (inhibe la activación por IRS).
• AKT, en residuos Ser del dominio de unión al DNA de Foxo1, inhibiendo la transcripción de IRS-2

Resistencia a la insulina.