Захарният диабет тип 2 (T2DM) е бич в световен мащаб, като всяка година се отчитат над 6 милиона нови случая. T2DM се причинява от небалансирана секреция на инсулин и липса на реакция на периферните клетки към инсулин. Смята се, че митохондриите допринасят за инсулиновата резистентност, но тяхната роля е неясна. Механизъм, предложен от някои проучвания, е, че нарушеното окислително фосфорилиране (OxPhos) е механизмът, водещ до T2DM и затлъстяване.

bruker

Генетичните проучвания показват, че митохондриалните гени (PGC-1α и NRF-1), свързани с OxPhos, са понижени при инсулинорезистентни пациенти. NMR проучванията проследяват корелация между OxPhos и инсулиновата резистентност в скелетните мускули.

Използване на нокаутиращи мишки за изследване на инсулинова резистентност

Joza и сътр. (2005) са показали, че заличаването на митохондриалния фактор за индуциране на апоптоза на флавопротеин (AIF) при мишки води до прогресивна дисфункция на OxPhos. Счита се, че поддържането на митохондриалната дихателна верига е основната функция на AIF. Pospisilik и сътр. (2007) изследват дали дефектите в митохондриалното дишане причиняват T2DM и затлъстяване, използвайки AIF за генериране на модели на дефицит на OxPhos при мишки.

Те създадоха AIF нокаутиращи мишки със специфичен за мускулите или черния дроб дефицит на OxPhos и потвърдиха, че животните са валиден модел за зависимост от OxPhos на инсулиновата резистентност. Като част от това валидиране те установиха, че OxPhos е отделим от реактивни кислородни видове (ROS), които се произвеждат от електронен поток през OxPhos и е известно, че причиняват инсулинова резистентност.

Електронен парамагнитен резонанс (EPR)

Измерванията на EPR, извършени на EPR спектрометър на Bruker X-band, показват, че няма значителни промени във вътрешно или външно генерираните ROS в препарати от инженерни мишки. Това предполага, че заличаването на AIF не води до натрупване на ROS или предизвиква възпаление, важно за следващия етап от техните експерименти.

Първоначалният метаболитен анализ на мишките, които са имали дефицит на OxPhos скелетни мускули на 8 седмици, разкри изненада. Мишките са имали повишен орален толеранс към глюкоза и повишена чувствителност към инсулин в сравнение с нормалните мишки. Тези мишки също са били устойчиви на диета, предизвикано от затлъстяване и диабет, когато са били хранени с високо съдържание на мазнини. Мишките с мозаечен (смесен) специфичен за мускулите модел на нокаут също показват същите качества на повишен глюкозен толеранс и устойчивост на затлъстяване и диабет.

Експерименти, повторени със специфични за черния дроб AIF нокаутиращи мишки, показват същия резултат - повишен глюкозен толеранс и инсулинова чувствителност. Установено е, че мултисистемната нокаут мишка AIF, мишката Harlequin, притежава същите качества на подобрена инсулинова чувствителност, глюкозен толеранс и устойчивост на диета, предизвикано от затлъстяване и диабет.

Нокаутът на AIF също може да бъде обърнат. Използвайки аденовирусна система за доставка на трансген, изследователите възстановиха липсващия ген на AIF. Експериментът върна нокаутиращите мишки AIF към нормален глюкозен толеранс и пикови нива на инсулин в плазмата. Това доказа, че промяната на експресията на AIF може да предизвика и обърне митохондриалната дисфункция и че промените корелират с глюкозния толеранс.

Заключение

Заключението на тези проучвания е, че намаленият OxPhos води до намалено затлъстяване и повишена инсулинова чувствителност - противоречие на теорията, че намаленият OxPhos е причината за T2DM. Разликата от предишни проучвания може да се дължи на липсата на натрупване на ROS в този конкретен модел на дефицит на OxPhos.

Механизмът, предложен от авторите, за да обяснят своите констатации, е, че намаляването на OxPhos води до компенсаторно увеличение на анаеробния метаболизъм на глюкозата, което води до нетно увеличение на използването на гориво за задоволяване на енергийните нужди. По принцип те направиха мишките много неефективни потребители на гориво, което им попречи да наддават на диета с високо съдържание на мазнини или да развият инсулинова резистентност. Тъй като нокаутът на AIF измести метаболитния баланс - намален ATP, намален NAD и повишен AMP - активирането на AMPKinase може да стимулира катаболните процеси, включително усвояване на глюкоза и окисляване на мастни киселини. Освен това, по-ниските нива на NAD може да са намалили активирането на пътя, насърчаващ гликолизата.

Това проучване показва, че първичен дефект на OxPhos не причинява T2DM при мишки. Това всъщност направи мишките устойчиви на болестта - находка с потенциални последици за разработването на терапии за диабет.