Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Metabolism“

Zasadnicznym celem przeprowadzonych badań była ocena skuteczności wykorzystania danych z okresowej kontroli użytkowości mlecznej w typowaniu krów z zaburzeniami metabolizmu energetycznego i wpływie opóżnienia u nich terminu pierwszej inseminacji na wskaźniki rozrodcze stada
The aim of the research was to assess the effectiveness of the use of data from periodic control of dairy utility in the selection of cows with energy metabolism disturbances and the impact of their delay in the first insemination on the reproductive indicators of the herd

La crema prescrita consisteix en l’ús planificat del foc en condicions ambientals adequades per tal d’aconseguir objectius de gestió prèviament definits. S’executa amb l’objectiu de reduir el risc d’incendis tot i que també s’utilitza per a la gestió de pastures i la conservació de la biodiversitat. La crema sota arbrat pot reduir el risc d’incendi de capçades, però també pot afectar el metabolisme primari i secundari de l’arbre. Tanmateix, les cremes haurien de minimitzar els efectes negatius del foc als arbres i maximitzar els positius. Així doncs, és important comprendre de quina manera els components específics del règim de foc, com són la intensitat del foc, severitat i estació de crema, afecten el funcionament de l’arbre. L’objectiu d’aquesta tesi és comprendre la influència que els factors del règim de cremes prescrites tenen en el metabolisme primari i secundari de tres espècies de pi amb tolerància al foc contrastada: Pinus nigra ssp. salzmannii (Dunal) Franco, P. sylvestris L. i P. halepensis Mill., utilitzant una combinació de tècniques dendrocronològiques, isotòpiques i de quantificació terpènica. El creixement post-crema va dependre del temps transcorregut des de la crema, l’espècie, la resistència de l’arbre, la severitat del foc i del creixement de l’arbre abans de la crema. L’any de la crema, el creixement es va reduir en P. halepensis i no es va veure afectat en P. nigra i P. sylvestris. Amb el pas del temps, el creixement es va incrementar en P. nigra, es va recuperar en P. halepensis i es va reduir en P. sylvestris. La probabilitat de morir va ser menor en P. nigra que en P. sylvestris. L’estació de crema va emergir com un factor important per explicar la mortalitat inicial: la probabilitat que un pi mori és més alta a la primavera que a la tardor per a un cert nivell de capçada socarrimada. La mortalitat tardana va ser més alta a les cremes de tardor que a les de primavera degut als majors temps de combustió registrats a la base dels troncs. Una reducció rellevant de la competència arbrada va augmentar significativament el creixement mitjançant un efecte positiu en la fusta de tardor de P. nigra i P. sylvestris, a mesura que el dany causat pel foc a la tija va disminuir. A més, vam demostrar que una crema executada just després d’un any sec no redueix la resiliència dels pins en comparació amb la dels pins no cremats. En P. halepensis, una reducció significativa de la competència va resultar en majors creixements amb el pas del temps, especialment en pins amb un menor volum de capçada socarrimada. Aquest augment va coincidir amb un any sec i es va associar amb una major conductància estomàtica, el que suggereix que la disponibilitat d’aigua va millorar després de la crema. La crema també va afectar al metabolisme secundari, específicament a la quantitat i al tipus de terpens segons l’espècie de pi i la severitat. A major volum de capçada socarrimada, la concentració de terpens a l’acícula dels pins 24 h post-crema fou major, però 1 any després es va produir una notable disminució. Aquesta reducció va ser més pronunciada en pins beneficiats per l’augment de la disponibilitat de recursos després de la crema, el que suggereix que els productes assimilats pels pins es van assignar al creixement en lloc de a mecanismes de defensa. Aquesta tesi proporciona informació valuosa per ajudar en la millora de la planificació de les cremes als boscos de pi mediterranis, en termes d’intensitat, severitat i estació de crema, oferint una nova finestra d’oportunitat per a l’ús de la crema prescrita com a eina de gestió forestal.
Prescribed burning is the planned use of fire to meet clear management objectives under suitable environmental conditions. It is usually executed to reduce fire hazard, but also to manage range and conserve biodiversity. Prescribed burning applied under a forest canopy can reduce crown fire hazard; however, underburning might affect the primary and secondary metabolism of trees. Planning underburning to reduced fire hazard, while minimizing the negative effects and maximizing the positive effects on trees, requires understanding how specific components of the fire regime, such as fire intensity, severity and season, affect tree performance. The goal of this doctoral thesis is to understand the influence of prescribed burning regime factors and related fire impacts on the primary and secondary metabolisms of three pine species with contrasting fire tolerances: Pinus nigra ssp. salzmannii (Dunal) Franco, P. sylvestris L. and P. halepensis Mill., using a combination of dendrochronological, isotope and terpene quantification techniques. Post-burning growth variations depended on the time since burning, the pine species, tree resistance, fire severity and tree performance before burning. In the year of burning, growth was reduced in P. halepensis and unaffected in P. nigra and P. sylvestris. However, as time passed, growth increased in P. nigra, recovered in P. halepensis and decreased in P. sylvestris. P. nigra had a lower probability of dying than P. sylvestris. Burning season emerged as an important factor for explaining initial post-burning pine mortality, since for a certain level of crown injury the probability of a pine dying was higher in spring than in fall. In contrast, delayed pine mortality was higher in fall than in spring burns probably due to the longer combustion times recorded during the fall burns at the base of the trunk. A relevant release of tree competition increased growth through a positive effect on the latewood of P. nigra and P. sylvestris as stem injury decreased. Moreover, we showed that burning just after a dry year did not reduce the growth resilience of pines in comparison with unburned pines. In P. halepensis a relevant competition release, especially in pines with lower crown volume scorched, resulted in higher growth rates as time since burning increased. This growth response coincided with a dry year and was associated with higher stomatal conductance, suggesting that water availability was enhanced after burning. Burning also affected the secondary metabolism of pines, and specifically the amount and type of terpene production depending on the pine species and fire severity. Thus, as crown injury increased, needle terpene concentration 24h post-burning also augmented. However, a remarkable decrease occurred at one year post-burning. This reduction was more pronounced in pines benefited by the increase in resource availability after burning, suggesting that pines were allocating assimilates to growth rather than to defence. From a fuel management point of view, this thesis provides valuable information that can be used to better plan prescribed burning in Mediterranean Pinus forests, in terms of required fire intensity, severity and burning season, offering a new window of opportunity for the use of prescribed burning as a forest management tool.

No presente trabalho analisou-se um total de 101 indivíduos, sendo 26 não infectados e 75 infectados pelo HIV e classificados de acordo com o Walter Reed Army Institute (28 pacientes WR 1, 31 pacientes WR 2 e 16 pacientes WR 3/4). 05 indivíduos infectados pelo HIV apresentaram, nos estágios iniciais, uma diminuição progressiva do peso corporal, dos níveis séricos de uréia, albumina, colesterol total, HOL colesterol e LOL colesterol. Já os níveis séricos de proteínas totais, globulinas, IgG, IgA, α1 glicoproteína ácida, haptoglobina e as atividades enzimáticas da AST e da LD apresentaram elevação nos indivíduos infectados e em conseqüência da evolução da infecção. Os triglicérides demonstraram apenas tendência para aumento dos níveis séricos nos indivíduos estadiados como WR3/4. Os níveis de ferro sérico encontraram-se diminuídos nos indivíduos estadiados como WR 3/4, enquanto que a concentração de transferrina apresentou-se diminuída apenas no Grupo WR 2. Houve uma tendência para a elevação progressiva dos níveis médios de ferritina com a evolução da doença. Nenhuma alteração foi verificada nos níveis de proteína \"C\" reativa. A EC-SOO apresentou diminuição dos níveis de atividade nos indivíduos infectados pelo HIV, enquanto que em células mononucleares a SOD apresentou atividade diminuída nos indivíduos estadiados como WR 3/4. A GSH-Px não apresentou alteração de sua atividade em decorrência da infecção pelo HIV. Os níveis plasmáticos do α-tocoferol e do ascorbato apresentaram tendência para diminuição, enquanto o β-caroteno não apresentou alteração nos grupos estudados. Estes resultados sugerem que a haptoglobina, as globulinas e a IgA podem ser utilizadas para a avaliação da evolução da infecção pelo HIV. Por outro lado, os níveis dos constituintes do sistema de defesa antioxidante analisados indicam que os indivíduos soropositivos encontram-se menos protegidos contra a ação de espécies reativas de oxigênio, o que favoreceria a presença de um estresse oxidativo e a replicação viral.
A total number of 101 individuals, including 26 controls and 75 patients classified according to the Walter Reed Army Institute (28 WR 1, 31 WR 2 and 16 WR 3/4) was studied. HIV infected individuals presented, during the early stages, a progressive reduction of body weigth, as well as urea, albumin, total cholesterol, HDL cholesterol and LDL cholesterol in blood serum. However, increased serum levels of total protein, globulin, IgG, IgA, α1 acid glycoprotein, haptoglobin, AST and LD were observed in HIV infected individuals during the evolution of infection. Decreased serum iron and a trend for increasing triglyceride was shown only for those individuals classified as WR 3/4. Transferrin was diminished only in the WR 2 group. A trend for enhancing serum ferritin following the progession of HIV infection was also observed. No alteration was observed on the levels of reactive \"C\" protein. Decreased EC-SOD activities were observed in HIV infected individuals as compared to controls, whereas in mononuclear cells the SOD activity was diminished only in WR 3/4 patients. HIV infection did not alter GSH-Px activity. A trend for decreasing α-tocopherol and ascorbate plasma levels was shown during the evolution of HIV infected patients, while no difference was observed for β-carotene levels in the studied groups. The above results suggest that haptoglobin, globulins and IgA can be used to assess the evolution of the HIV infection. Moreover, the decreased levels of the antioxidant defense system components observed in HIV infected patients may indicate that they are under an oxidative stress that could favor HIV replication.

Al melanoma cutani, els gens que presenten una major incidència mutacional són els gens BRAF i NRAS. Alteracions en aquests gens resulten en l'activació constitutiva de la via de RAS-ERK1/2, contribuint activament així en el desenvolupament i la progressió tumoral del melanoma. Tot i que ambdues mutacions donen lloc a alteracions de la mateixa via de senyalització, està àmpliament descrit que els tumors que es generen d’aquestes constitueixen dues entitats diferents tant a nivell molecular com des del punt de vista de la clínica. Una qüestió rellevant al voltant rau en el fet que mentre els melanomes mutats en BRAF disposen de teràpies específiques dirigides contra aquest oncogèn, els melanomes que presenten mutacions en NRAS no tenen tractaments específics. Com a conseqüència, aquests pacients són tractats amb teràpies antitumorals més genèriques, amb taxes de resposta molt menors i a més amb una elevada toxicitat. En aquest context, desemmascar les diferències moleculars existents entre els tumors amb mutacions en BRAF i en NRAS és essencial per a l'establiment de noves estratègies terapèutiques dirigides a pacients que presenten mutacions en NRAS. Resultats obtinguts amb anterioritat al nostre grup de recerca, juntament amb els d'altres investigacions, han confirmat la presència de diferents patrons metabòlics subjectes a la regulació per BRAFV600E. No obstant això, gairebé no existeix evidència al voltant del paper de les mutacions en NRAS a la regulació metabòlica. L'establiment de característiques metabòliques específiques de melanomes amb mutacions en NRAS podria contribuir al desenvolupament de nous enfocaments terapèutics dirigits contra aquest tipus de tumor. Durant el desenvolupament d'aquest estudi hem investigat les implicacions moleculars derivades de la manca de glucosa en cèl·lules de melanoma mutades en NRASQ61 i BRAFV600E, per tal d'establir si la presència de característiques metabòliques depenent de NRAS podria ser explotada per al desenvolupament de noves teràpies contra aquest tipus de tumor. En aquest estudi, hem demostrat la presència de patrons metabòlics sota el control d'NRASQ61. Les cèl·lules que presenten mutacions en NRASQ61 mostren una resposta diferencial a l'estrès metabòlic en comparació amb les cèl·lules mutades en BRAFV600E, donant com a resultat la hiperactivació de la via de RAS-ERK1/2 i a la sensibilització d'aquestes cèl·lules a l'inhibidor multi-cinasa Sorafenib. PFKFB2, PFKFB3 i PFK-1 són elements clau en la regulació d'aquest procés. Amb això, proposem una nova aproximació terapèutica per al tractament dirigit dels melanomes mutats en NRASQ61, establerta per la combinació de 2-deoxi-D-glucosa (2DG) i Sorafenib. Després dels resultats obtinguts, podem concloure que els tumors que presenten mutacions en NRAS i BRAF són entitats diferents a diferents nivells, no només a nivell clínic i molecular, sinó també a nivell metabòlic, el que implica l'existència de noves finestres terapèutiques per al tractament de tumors que presenten mutacions en NRAS.
Los genes BRAF y NRAS presentan una mayor incidencia mutacional en melanoma cutáneo. Alteraciones en estos genes resultan en la activación constitutiva de la vía de RAS-ERK1/2, lo que contribuye activamente al desarrollo y la progresión tumoral del melanoma. Aunque ambas mutaciones dan lugar a alteraciones de la misma vía de señalización, ha sido ampliamente descrito que los tumores que se generan de las mismas, constituyen dos entidades diferentes tanto a nivel molecular como desde el punto de vista clínico. Una cuestión relevante reside en el hecho de que mientras los melanomas mutados en BRAF disponen de terapias específicas dirigidas contra el oncogén, los melanomas que presentan mutaciones en NRAS carecen de tratamientos específicos. Como consecuencia, estos pacientes son tratados con tratamientos antitumorales más genéricos, que desembocan en tasas de respuesta mucho menores y en una elevada toxicidad. En este contexto, el desenmascaramiento de las diferencias moleculares existentes entre los tumores con mutaciones en BRAF y en NRAS es esencial para el establecimiento de nuevas estrategias terapéuticas dirigidas a pacientes que presentan mutaciones en NRAS. Resultados obtenidos previamente en nuestro grupo de investigación, sumados a los de otras investigaciones, han confirmado la presencia de diferentes patrones metabólicos sujetos a la regulación por BRAFV600E. Sin embargo, apenas existe evidencia sobre el papel de las mutaciones en NRAS en la regulación metabólica. El establecimiento de características metabólicas específicas de melanomas con mutaciones en NRAS podría contribuir al desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos dirigidos contra este tipo de tumor. Durante el desarrollo de este estudio hemos investigado las implicaciones moleculares derivadas de la falta de glucosa en células de melanoma mutadas en NRASQ61 y BRAFV600E, con el fin de establecer si la presencia de características metabólicas dependientes de NRAS podría ser explotada para el desarrollo de nuevas terapias contra este tipo de tumor. En este estudio, hemos demostrado la presencia de patrones metabólicos bajo el control de NRASQ61. Las células que presentan mutaciones en NRASQ61 muestran una respuesta diferencial al estrés metabólico, en comparación con las células mutadas en BRAFV600E, que desemboca en la hiperactivación de la vía de RAS-ERK1/2 y en la sensibilización de estas células al inhibidor multi-quinasa Sorafenib. PFKFB2, PFKFB3 y PFK-1 son elementos clave en la regulación de este proceso. Adicionalmente, proponemos una nueva aproximación terapéutica para el tratamiento dirigido de los melanomas mutados en NRASQ61, basada en la combinación de 2-deoxi-D-glucosa (2DG) y Sorafenib. Tras los resultados obtenidos, podemos concluir que los tumores que presentan mutaciones en NRAS y BRAF son entidades diferentes a distintos niveles, no solo a nivel clínico y molecular, sino también a nivel metabólico, lo que implica la existencia de nuevas ventanas terapéuticas para el tratamiento de tumores que presentan mutaciones en NRAS.
BRAF and NRAS are the most commonly found mutated genes in cutaneous melanoma. Alterations in these genes result in the constitutive activation of the RAS-ERK1/2 pathway, contributing to tumor development and progression. Beside both genes are consecutive located in the same signaling cascade, BRAF and NRAS mutated tumors are considered two different entities at clinical and molecular levels, resulting in distinct signaling patterns and different biological behavior. Furthermore, while there is a first line of treatment using targeted therapy against BRAF mutant melanomas, NRAS mutant tumors remain without specific line of treatment, showing low response rates and high toxicity to the currently applied therapies. Thus, the understanding of the molecular differences between BRAF and NRAS mutant tumors is essential to improve therapeutic opportunities for the treatment of patients carrying NRAS mutations. Previous results in our group, together with additional investigations, have highlighted the presence of different metabolic settings subjected to BRAFV600E oncogene regulation. However, little is known about the role of NRAS mutations in metabolic rewiring. Deciphering metabolic settings in NRAS mutant melanomas could provide new avenues for the establishment of specific therapeutic approaches against these, until now, untargetable tumors. In this study, we have investigated the molecular implications of glucose starvation in NRASQ61 and BRAFV600E mutant cells in order to establish whether the presence of NRAS-dependent metabolic settings can be exploited for the development of targeted therapies against NRAS mutant melanomas. Overall, in this study we have demonstrated the presence of NRASQ61 oncogene-dependent metabolic settings. NRASQ61 mutant cells show a differential response to metabolic stress when compared to BRAFV600E mutant cells, which results in the hyperactivation of the RAS-ERK1/2 pathway and the sensitization to the multikinase inhibitor Sorafenib. PFKFB2, PFKFB3 and PFK-1 are key players in the regulation of this process. We also propose a novel approach for the specific targeting of NRASQ61 mutant melanomas based on the combination of 2-deoxy-D-glucose (2DG) and Sorafenib. We conclude that NRAS and BRAF mutant tumors are different entities at different levels, not only at molecular and clinical levels but also at metabolic level and this fact provides a new therapeutic window for the targeting of NRAS mutant tumors.
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicina

Les espècies més longeves han evolucionat disminuint la producció endògena d’espècies reactives d’oxigen i proveint-se d’estructures resistents a la oxidació. Per tant, aquelles espècies que viuen més gaudeixen de mitocòndries metabòlicament més eficients i estructuralment més estables. De fet, característiques fenotípiques de la longevitat inclouen la reducció del contingut del complex I i dels aminoàcids sulfurats. Aleshores, l’activitat de determinades vies de senyalització intracel·lulars juga un paper clau regulant l’expressió de gens associats a un fenotip longeu. En aquest context, aquesta tesi pretén determinar i) la modulació de determinades subunitats del complex I associada a la longevitat; ii) els canvis en el contingut dels aminoàcids sulfurats i els seus intermediaris metabòlics en teixits post-mitòtics i iii) plasma d’espècies més longeves; iv) la regulació del contingut dels diferents elements específics del complex 1 de mTOR en termes de longevitat; i v) l’existència un perfil metabòlic associat a humans de longevitat extrema. Els resultats obtinguts mostren l’existència de perfils metabòlics associats a la longevitat de les espècies que, en alguns casos, són diferents a aquells perfils associats a la longevitat individual. A més, les espècies més longeves han evolucionat disminuint el contingut de determinades subunitats del complex I que podrien ésser responsables de la menor producció d’espècies reactives d’oxigen. Per altra banda, existeixen factors genètics que podrien determinar l’activitat basal de mTORC1, i que podrien, almenys en part, explicar el fenotip associat a la longevitat. Per tant, sembla que l’assoliment d’una major longevitat implica una adaptació metabòlica i estructural.
Las especies más longevas han evolucionado disminuyendo la producción endógena de especies reactivas de oxígeno y proveyéndose de estructuras resistentes a la oxidación. Por lo tanto, aquellas especies que viven más disfrutan de mitocondrias metabólicamente más eficientes y estructuralmente más estables. De hecho, características fenotípicas de la longevidad incluyen la reducción del contenido del complejo I y de amino ácidos sulfurados. Por lo tanto, la activad de determinadas vías de señalización intracelular juegan un papel clave regulando la expresión de genes asociados a un fenotipo longevo. En este contexto, esta tesis pretende determinar i) la modulación de determinadas subunidades del complejo I asociada a la longevidad; ii) los cambios en el contenido de amino acido sulfurados y de sus intermediarios metabólicos en tejidos post-mitóticos y iii) plasma de especies más longevas; iv) la regulación del contenido de distintos elementos específicos del complejo 1 de mTOR en términos de longevidad; y v) la existencia de un perfil metabólico asociado a humanos de longevidad extrema. Los resultados obtenidos muestran la existencia de perfiles metabólicos asociados a la longevidad de las especies que, en algunos casos, son diferentes a aquellos perfiles asociados a la longevidad individual. Además, las especies más longevas han evolucionado disminuyendo el contenido de determinadas subunidades del complejo I que podrían ser responsables de la menor producción de especies reactivas de oxígeno. Por otra parte, existen factores genéticos que podrían determinar la actividad basal de mTOR, y que podrían, al menos en parte, explicar el fenotipo asociado a la longevidad. Por lo tanto, parece que lograr una mayor longevidad implica una adaptación metabólica y estructural.
Long-lived species have evolved by decreasing the rate of endogenous reactive oxygen species production and providing them of oxidation-resistant structures. Hence, species that live longer benefit from metabolically efficient and structurally stable mitochondria. In fact, phenotypic traits of longevity include reduced content of complex I and sulphur-containing amino acids. Then, the activity of selected intracellular signalling pathways plays a key role regulating the expression of genes associated to a longevity phenotype. In this context, this thesis aims to determine i) the modulation of specific complex I subunits associated to longevity; ii) the changes on sulphur amino acids content and its metabolic intermediates in post-mitotic tissues and ii) plasma from long-lived species; iv) the content regulation of the different mTOR complex 1 specific forming elements in terms of longevity; and v) the existence of a metabolic profile associated to human extreme longevity. The obtained results reveal the existence of metabolic profiles associated to species longevity that, in some cases, differ from those profile associated to individual longevity. Furthermore, longer lived species have evolved reducing the content of specific complex 1 subunits that might be responsible for the limited reactive oxygen species production. Otherwise, genetic factors that might determine the basal activity of mTORC1 exist, and that could, at least In part, explain the longevity associated phenotype. Thus, it seems that the achievement of an extended longevity implies a metabolic and structural adaptation.

Orientador: Carmen Silvia Fernandes Boaro
Resumo: Espécies vegetais são capazes de produzir diversidade de substâncias, que desempenham funções importantes para sua sobrevivência e adaptação ao ecossistema. O metabolismo primário, é essencial para o crescimento, desenvolvimento, maturação e reprodução de qualquer espécie. O metabolismo especializado, dependente do primário, é responsável por originar o óleo essencial, que são misturas de metabólitos especializados voláteis, representados principalmente por monoterpenos e sesquiterpenos. Cada espécie vegetal produz um óleo essencial de composição característica específica, podendo ser influenciado por fatores bióticos e abióticos. A fenologia pode influenciar processos bioquímicos e rotas metabólicas capazes de modificar a formação de substâncias biologicamente ativas, alterando diretamente o conteúdo e a qualidade dos óleos essenciais. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar se as fases fenológicas, vegetativa e reprodutiva modificam o desempenho fotossintético e o perfil do óleo essencial de Xylopia aromatica (Lam.) Mart., influenciando sua atividade biológica na defesa antioxidante e ação antifúngica. As variáveis, fluorescência da clorofila a, trocas gasosas, carboidratos, atividade enzimática e peroxidação lipídica, potencial água, conteúdo relativo de água das folhas, extração, rendimento, caracterização química e atividade antifúngica do óleo essencial de Xylopia aromatica foram avaliadas em 24 plantas, 12 no estádio vegetativo e 12 no reprodutivo, coletadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Research aimed at the knowledge of plant species allows the elaboration of projects that aim at the understanding of development, conservation of biodiversity and sustainable exploitation of natural resources. The primary metabolism, represented by photosynthesis and the specialized one, that synthesizes the essential oil, can be influenced by the environmental and phenological conditions, which can influence the chemical profile of the essential oil and the biological activity in the vegetal defense, including against fungi, bacteria and virus. Compounds from the specialized metabolism present biological activity and potential for the production of bactericides and fungicides. Therefore, it is necessary to know the stage of development of plant species in which the substances of interest, with economic potential, are more concentrated, thus orienting, if appropriate, the collection period, aiming at the conservation and sustainable use. There are scientific studies that reveal biological activity of essential oils, as observed for the genus Xylopia, but none of them relates the primary and specialized metabolism to the stage of development in which the species is found. In this way, the objective of this research was to evaluate if the phenological, vegetative and reproductive phases of Xylopia aromatica (Lam.) Mart. modify the photosynthetic performance and the profile of the essential oil, which may influence its biological activity in the antioxidant defense and antifunga... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

La GK és clau en la regulació del metabolisme glucídic tant per la seva funció al pàncrees en què determina la secreció d’insulina, com per la seva funció al fetge on controla les vies d’utilització i d’emmagatzematge de glucosa. Per aquest motiu és una bona diana per a la teràpia de la diabetis, i diverses companyies farmacèutiques estan desenvolupant activadors sintètics de la GK (GKA) pel tractament de la diabetis de tipus 2. Els estudis de GKAs existents avaluen l’activació de la GK a nivell sistèmic i no es coneixen els seus efectes específis sobre la GK al fetge. Per indagar-los, com que no disposàvem d’un GKA específic per a la GK del fetge, ens vam proposar la sobrexpressió d’una forma de GK amb una mutació activadora (GK-A456V) que confereix característiques cinètiques a l’enzim idèntiques a les obtingudes amb els GKAs. L’introduírem al fetge perivenós mitjançant transfecció gènica hidrodinàmica (perquè és la zona on s’expressa majoritàriament l’enzim salvatge en condicions fisiològiques). Un dels controls emprats en l’estudi fou la sobrexpressió de la GK salvatge també a la zona perivenosa, que ens permetria comparar els resultats d’aquesta sobrexpressió local de la GK amb la sobrexpressió no zonal descrita a la bibliografia. Per una banda, avaluàrem els efectes de la sobrexpressió i de l’activació de la GK hepàtica en el context d’un animal sa a llarg termini, per determinar si hi havia risc de resistència a insulina (com s’esdevé en alguns models de sobrexpressió no zonal de GK al fetge). Tant l’activació com la sobrexpressió de GK al fetge perivenós a curt termini comportaren una disminució de la glicèmia i de la insulinèmia. No obstant, en avaluar-ho a llarg termini, la sobrexpressió de GK generà un fenotip de resistència a insulina exclusivament al fetge. En canvi, la GK-A456V comportà un fenotip amb un perfil metabòlic similar als animals controls, sense alteracions dels nivells de glúcids i lípids (sèrics i hepàtics). Al fetge, malgrat que no provocava canvis en el metabolisme glucídic i lipídic, l’activació de la GK va promoure la desregulació per GKRP i la inducció de la glucosa-6-fosfatasa. Per altra banda, la presència de la GK activada al fetge resultà en una activació del catabolisme al teixit adipós. Per altra banda, vam emprar un model de diabetis de tipus 1 per determinar els efectes de la GK-A456V sobre el fenotip diabètic independentment de la insulina, amb la finalitat de valorar l’activació de la GK hepàtica com a tractament alternatiu als GKAs sistèmics. La sobrexpressió perivenosa de GK, tot i que comportà un increment del metabolisme de glucosa al fetge (increment del glicogen hepàtic, de ub-PFK-2, de L-PK, c-myc) i una disminució de la gluconeogènesi (reducció dels nivells de PEPCK), va provocar dislipidèmia com a resultat de la disminució de la β-oxidació d’àcids grassos (reducció dels nivells de Cpt-1) i una inducció de la lipogènesi hepàtica (augment de FAS, ACC, ChREBP). Altres models de sobrexpressió de GK, descrits a la literatura, que no tenien en compte el concepte de zonació hepàtica, també presentaven alteracions en el metabolisme lipídic. En canvi, l’activació de la GK comportà una rellevant disminució de la hiperglicèmia diabètica tot i tenir un lleu efecte sobre l’activació del metabolisme de glucosa i sobre la inhibició de la gluconeogènesi. Sobretot és interessant que la millora de la hiperglicèmia diabètica no va acompanyada d’alteracions del metabolisme lipídic. En conjunt, aquest treball suggereix que l’activació de la GK exclusivament al fetge és una estratègia terapèutica millor per a la diabetis que la sobrexpressió de la GK.
Synthetic glucokinase activators have been used in the context of type 2 diabetes therapy, mainly for their insulin secretagogue activity. However, the impact of these drugs on liver GK has not been studied in vivo. Since GK activators and activating GK mutations confer identical kinetic properties to GK, we hypothesize that hepatic overexpression of a mutated form of GK, GKA456V, described in a patient with Persistent Hyperinsulinemic Hypoglycemia of Infancy (PHHI), shall mimic the liver-specific effects of GK-activating drugs. GKA456V was overexpressed in the liver of streptozotocin diabetic mice and also in healthy mice. Metabolite profiling in serum and liver extracts, together with key components of glucose and lipid homeostasis, were analyzed and compared to GK wild-type transfected animals. Cell compartmentalization of mutant and wild-type GK was also examined in vivo. In the type 1 diabetic mice, GKA456V overexpression markedly reduced blood glucose in the absence of dislipidemia, in contrast to wild-type GK-overexpressing mice. Enhanced glucose utilization did not correlate with glycogen synthesis or lactate production. PEPCK mRNA was not affected, whereas the mRNA for the catalytic subunit of glucose-6-phosphatase was upregulated ~4-fold in the liver of GKA456V treated animals. Moreover, GKA456V was not translocated to the nucleus after a short fast, confirming that this activating mutation disrupted GKRP regulation. In healthy mice, the overexpression of hepatic GK resulted in insulin resistance. Otherwise, GKA456V overepxressing animals were not insulin resistant. They showed increased mRNA and protein content of the catalytic subunit of glucose-6-phosphatase in the liver, and an idnuction of catabolism in their adipose tissue. Our results validate liver specific GK activation as a strategy for diabetes therapy and provide new insights into the complex GK regulatory network.