Resúmenes de Tesis Doctorales Tesis nº: 0964 Area

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Doctorado en Ciencias Naturales
Facultad de Ciencias Naturales y Museo
Universidad Nacional de La Plata – Argentina
Resúmenes de Tesis Doctorales
Tesis nº: 0964
Area: Biología
Maiztegui, Bárbara. Efecto de la administración de fructosa a ratas [Rattus norvegicus]
normales sobre el metabolismo de glucosa en el páncreas endocrino.
Director (es): Gagliardino, Juan José; Mosca, Susana María
La Plata: Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo, 2008.
Resumen
La homeostasis de la glucosa depende del balance entre la secreción de insulina y la respuesta
(sensibilidad) de los tejidos periféricos a la acción de la hormona; una disminución de la sensibilidad de
los tejidos periféricos a la insulina, característica del estado de insulinorresistencia (IR), promoverá una
liberación mayor de la hormona para mantener la homeostasis metabólica dentro de los límites normales.
Esta adaptación implica una sobrecarga funcional para el páncreas endocrino que pone en marcha
cambios morfológicos y funcionales para cubrir la mayor demanda de insulina. La falla de esta
adaptación producirá secuencialmente una alteración de la tolerancia a la glucosa y finalmente la
diabetes.
Uno de los mecanismos que regulan la secreción de insulina es el metabolismo de la glucosa en las
células ß pancreáticas. La metabolización de la glucosa estimula la secreción de insulina como resultado
del aumento de la producción de ATP en las células ß pancreáticas, fenómeno que provoca el cierre de
los canales de K+ dependientes de ATP, induciendo la despolarización de la membrana plasmática y la
subsecuente apertura de los canales de Ca2+ dependientes de voltaje favoreciendo así la entrada de
Ca2+ a la célula con el consecuente aumento de su concentración intracelular. El paso limitante del
metabolismo de glucosa es su fosforilación que depende de la actividad de la hexoquinasa (HQ) y la
glucoquinasa (GQ). La GQ (también llamada HQ tipo IV), es responsable de la conversión de la glucosa
en glucosa-6-fosfato (G-6-P) en el primer paso de la glucólisis. Esta enzima es catalíticamente activa a
concentraciones de glucosa fisiológicas (entre 4-8 mM) y no es inhibida por producto final. Estas
propiedades la distinguen del resto de las HQs (tipo I, II y III) que presentan un menor Km para la hexosa
Biblioteca Florentino Ameghino
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y son inhibidas por G-6-P convirtiéndola en el sensor de la célula ß para la glucosa. Cabe recordar que
mientras la HQ es de distribución ubicua en los tejidos animales, la GQ sólo está presente en aquellos
tejidos sensibles a la glucosa (páncreas, hígado, cerebro, glándula pituitaria y células enteroendocrinas
Ky L).
La regulación de la GQ se produce tanto a nivel transcripcional como postranscripcional. La presencia de
promotores específicos para cada tipo de tejido permite diferenciar esta regulación. Mientras que el
promotor up-stream es funcional en las células ß pancreáticas y células nerviosas, el promotor downstream sólo actúa en el hígado. La regulación de esta enzima es esencial para la función de la célula ß.
En humanos, mutaciones que afectan su función producen una disminución de la secreción de insulina
en respuesta a la glucosa y constituyen una forma de diabetes tipo 2 (MODY), confirmando así la
importancia de la GQ en el proceso de regulación de la secreción de la hormona. Pequeños cambios en
la actividad de la GQ generan un gran cambio en el metabolismo de la glucosa y consecuentemente en
la secreción de insulina. En consecuencia, la GQ es un componente crítico para regular la glucemia y
mantenerla dentro de valores normales.
Por lo tanto, es importante conocer los mecanismos adaptativos desencadenados por la IR en las células
ß pancreáticas, para identificar posibles fallas en dicho proceso y utilizar dicho conocimiento para
establecer su diagnóstico precoz y diseñar estrategias efectivas para prevenir el desarrollo y progresión
de la diabetes tipo 2.
El objetivo de la tesis es: a) profundizar el conocimiento de los mecanismos que regulan la expresión
génica y proteica de la HQ y GQ y su actividad, en islotes pancreáticos de ratas Wistar normales y con
IR inducida por administración de dieta rica en fructosa (DRF); b) correlacionar los cambios registrados
en dichas funciones con los ocurridos en en la secreción de insulina y metabolismo insular de glucosa y
en la masa de células ß pancreáticas y c) verificar la posible participación de estas enzimas en el
proceso de adaptación a la mayor demanda de insulina inducida por la IR manteniendo la
normoglucemia o su fracaso con aparición de intolerancia a la glucosa y diabetes tipo 2. Para ello se
utilizaron ratas Wistar macho normales de 180-200 gramos de peso corporal divididas en dos grupos: un
grupo control y otro al que se le administró fructosa al 10% en el agua de bebida durante 21 días. En
ambos grupos experimentales se midió el contenido de glucosa, insulina y triglicéridos en sangre;
también se aislaron islotes pancreáticos para estudiar secreción de insulina, metabolismo insular de
glucosa y actividad, expresión génica y proteica de HQ y GQ.
Los resultados obtenidos muestran que las ratas normales alimentadas con DRF presentaron glucemias
dentro del rango normal, hipertrigliceridemia, hiperinsulinemia e intolerancia a la glucosa. Estos valores
junto al aumento de la relación insulina /glucosa, del índice de IR (HOMA-R, Homeostasis Model
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Assessment) y de la función ß (HOMA-ß), sugieren la existencia en estos animales de un cuadro de IR
parcialmente compensada. Ante la mayor demanda de insulina consecutiva a la IR, los islotes de
Langerhans experimentaron cambios funcionales y morfológicos tendientes a compensar dicha demanda
y mantener la homeostasis de la glucosa dentro del rango normal. Estos cambios incluyeron un aumento
significativo del metabolismo insular de glucosa debido a una mayor actividad de la GQ insular. Este
incremento de la actividad de la GQ se debió a la participación simultánea de varios mecanismos:
traslocación de la GQ hacia el citoplasma (forma activa de la enzima) y aumento de su expresión
proteica. Esta última debida a modificaciones postranscripcionales de la enzima ya que no registramos
cambios en su ARNm. Por el contrario, no se observaron modificaciones ni en la actividad ni en la
expresión de la HQ. El aumento del metabolismo insular de glucosa condicionó la mayor secreción de
insulina en respuesta a la glucosa observada tanto in vivo (hiperinsulinemia), como in vitro (mayor
liberación de insulina en respuesta a la glucosa). En el desarrollo de este proceso de adaptación insular
modificaciones en la actividad y expresión de la GQ desempeñarían un papel esencial. Cabe destacar
que estos resultados demuestran por primera vez que la GQ puede experimentar cambios no solo de
actividad sino también de expresión in vivo en ausencia de hiperglucemias muy marcadas.
Los cambios registrados sólo lograron una adaptación parcial a la mayor demanda de insulina, tal como
lo demuestra la aparición de una tolerancia a la glucosa alterada. Esta falta de adaptación completa
probablemente se debió a la disminución registrada en la masa de células ß, hecho también demostrado
por primera vez en este modelo de IR inducido por administración de DRF.
Estos resultados demuestran que en situaciones similares a las observadas en personas con riesgo de
desarrollar diabetes tipo 2, la GQ jugaría un papel crucial en la adaptación funcional del islote
pancreático para mantener la homeostasis de la glucemia, sugiriendo que una falla de la enzima en
dicho proceso conduciría al desarrollo de diabetes.
La similitud de cambios funcionales y morfológicos observados en la tolerancia a la glucosa y en la
diabetes tipo 2 humana y en nuestro modelo experimental, sugieren la utilidad de este último para
estudiar la patogenia de esta forma de diabetes y ensayar estrategias terapéuticas para su prevención y
tratamiento. El modelo también sería útil para verificar la posible participación de la GQ en la secuencia
temporal de los cambios experimentados en la función y masa de las células ß en las diferentes etapas
evolutivas que llevan al desarrollo y progresión de la diabetes.
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