LABORATORIO DE URGENCIAS

Insulina 

Aspectos Bioquímicos

Michael W. King PhD
Prof. Indiana University-Purdue University Indianapolis - Dep.of Biochemistry and Molecular Biology
                                                                                                         
Conferencia 2018

La insulina, secretada por las células-β del páncreas, entra directamente al hígado por vía de la vena porta, donde ejerce efectos metabólicos profundos. El receptor de la insulina  pertenece a la clase de receptores de la superficie celular que tienen una actividad de tirosina cinasa intrínseca,  es un heterotetrámero de 2 sub-unidades extracelulares α unidas por puentes bisulfuro a 2 sub-unidades transmembrana β. La activación del receptor genera eventos específicos de fosforilación que llevan a un incremento en el almacenamiento de glucosa con una disminución concomitante en la secreción de glucosa por el hígado a la circulación, efectos que se logran actuando sobre el nivel de fosforilación de la sintasa de glicógeno y de la glicógeno fosforilasa.
En la mayoría de tejidos no hepáticos, la insulina aumenta el ingreso de glucosa, el mecanismo es incrementando el número de transportadores de glucosa en la membrana celular: GLUTs. El incremento en el contenido de GLUTs en la membrana celular se logra aumentando el reclutamiento de los transportadores en la membrana de la célula, los transportadores preformados se localizan en el citoplasma, estan en continuo movimiento y por acción de la insulina se concentran, se aglomeran sobre la membrana celular. Hay distintos transportadores:

* GLUT1 esta presente en la mayoría de tejidos.
* GLUT2 se encuentra en las células-β del páncreas, hígado, intestino, y riñón.
* GLUT3 se encuentra en las neuronas.
* GLUT4 se encuentra en el corazón, tejido adiposo y músculo esquelético
* GLUT5 se encuentra en el cerebro y los testículos.

En el hígado, el ingreso de glucosa aumenta dramáticamente debido a la actividad incrementada de las enzimas glucocinasa, fosfofructocinasa-1 (PFK-1), y piruvato cinasa (PK), las enzimas claves reguladoras de la glucólisis. Los efectos últimos son inducidos por la activación dependiente de la insulina de la fosfodiesterasa, con disminución de la actividad de a PKA y disminución de fosforilación de la piruvato cinasa y fosfofructocinasa-2, PFK-2. La defosforilación de la piruvato cinasa incrementa su actividad mientras que la defosforilación de la PFK-2 le hace mas activa como cinasa. La actividad de cinasa de la PFK-2 convierte la fructosa-6-fosfato en fructosa-2,6-bifosfato (F2,6BP). La F2,6BP es un activador alostérico potente de la enzima limitante de la glucólisis la PFK-1, y es un inhibidor de la enzima gluconeogénica, fructosa-1,6-bifosfatasa. Además, fosfatasas especificas para las formas fosforiladas de las enzimas glucolíticas aumentan su actividad bajo la influencia de la insulina.
Todos estos eventos llevan a la conversión de las enzimas glucolíticas a sus formas activas y ello  provoca un incremento significativo de la glucólisis y disminución de actividad de la glucosa-6-fosfatasa.
El efecto neto final será un aumento en el contenido de glucosa en el hepatocito y de sus derivados fosforilados, con la disminución de la glucosa sanguínea.
Además de los eventos descriptos anteriormente, la disminución del cAMP y el aumento de la actividad de la proteína fosfatasa se combinan para convertir a la glicógeno fosforilasa en su forma inactiva y a la glicógeno sintasa a su forma activa, con el resultante de que no solamente la glucosa es dirigida a productos glucolíticos, sino también a que el contenido del glucógeno se incremente.
Todas las respuestas post-receptor que se desencadencadenan por la unión de la insulina con su receptor de membrana son mediadas como consecuencia de la activación de varias vías de transducción. Estas incluyen activación del receptor de la fosfatidilinositol-3-cinasa, PI3K. La activación de la PI3K involucra una conexión a la activación del receptor de sustratos del receptor de la insulina (de los cuales hay cuatro: IRS1, IRS2, IRS3 y IRS4). La PI3K activada fosforila fosfolípidos de membrana, siendo uno de los principales productos el fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato, (PIP₃). El fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato a su vez activa las enzimas proteína cinasa B, PKB (también llamada Akt), la cinasa dependiente de PIP3, (PDK), algunas isoformas de la proteína cinasa C, PKC (principalmente PKC-l) y la cinasa p70S6K (small ribosomal subunit proteína 6 (p70)). La vía de la MAP cinasa también es activada por activación por parte del receptor de la proteína tirosin fosfatasa (SHP-2) o por la proteína ligadora del receptor del factor de crecimiento (GRB2).

Con relación a las respuestas a la insulina, la activación de la PKB y de la PKC-l lleva a la translocación de moléculas de GLUT4 a la superficie celular lo que resulta en un incremento en el ingreso de glucosa que es significativo en el músculo esquelético. La activación de la PKB también lleva a la fosforilación e inhibición de la glicógeno sintasa cinasa-3 (GSK3), que es una cinasa reguladora importante de la homeostasis del glicógeno. Además, la PKB fosforila e inhibe la actividad de un factor de trascripción (FKHRL1), ahora llamado FoxO3a) que tiene actividad pro-apoptótica.
Esta cadena de eventos resulta en una disminución de la apoptosis en respuesta a la acción de la insulina.

El papel de la insulina en la estimulación de la síntesis de proteína ocurre a nivel del inicio de la transducción y elongación. Primariamente se produce la activación del mTOR. La activación de mTOR lleva a la fosforilación y activación de la p70S6K que a su vez lleva a un incremento en la fosforilación de la cinasa eEF2. Cuando la cinasa eEF2 ha sido fosforilada por la p70S6K es menos activa para fosforilar eEF2, así el eEF2 es mucho mas activo en respuesta a la acción de la insulina.
Se ha demostrado que tanto el mTOR como la p70S6K fosforilan al regulador de la iniciación de la transducción, la proteína ligadora eIF-4E, 4E-BP. La fosforilación de 4E-BP previene que este se una a eIF-4E, las consecuencias de lo que normalmente llevarían a la reducción en la traducción elongación. Como consecuencia de la acción concertada de mTOR y p70S6K, la acción de la insulina resulta en un incremento en la síntesis de proteína.

La insulina también tiene efectos profundos en la trascripción de numerosos genes, efectos que son primariamente mediados por la función regulada de la proteína SREBP, sterol-regulated element binding proteína. Estos efectos en la trascripción incluyen (pero no se limitan a) aumento en la glucocinasa, piruvato cinasa, lipoproteína lipasa (LPL), sintasa de ácidos grasos (FAS) y acetil.CoA carboxilasa (ACC) y disminución en glucosa 6-fosfatasa, fructosa 1,6-bifosfatasa y fosfoenolpiruvato carboxicinasa (PEPCK).

La epinefrina disminuye la secreción de insulina por una vía de regulación acoplada al cAMP.
La epinefrina contrarresta el efecto de la insulina en el hígado y tejidos periféricos, en donde se une a receptores β-adrenérgicos, induce la actividad de la adenilciclasa, incrementa el cAMP, y activa a la PKA de forma similar al glucagón. Estos eventos inducen la glucogenolisis y gluconeogénesis las cuales son hiperglicemiantes,por tanto contrarrestan el efecto de la insulina en los niveles de la glucosa sanguínea. Así epinefrina influye en la homeostasis de glucosa.

A nivel gastrointestinal hay hormonas que  tienen efectos significativos en la secreción de la insulina y regulación de la glucosa. Estas hormonas son: péptidos similares al glucagón (principalmente el péptido similar al glucagón-1, GLP-1) y el péptido insulinotrópico glucosa-dependiente (GIP). Estas dos hormonas del intestino se las conoce como incretinas, son moléculas cuya aparición esta sociadas con el consumo de alimentos y estimulan la secreción de insulina del páncreas.
El GLP-1 se deriva del producto del gen de proglucagón. Este gen codifica una preproproteína que es procesada en forma distinta dependiendo del tejido en el que es sintetizada. Por ejemplo, en las células-α del páncreas la acción de la pro hormona conversora 2 lleva a la secreción de glucagón. La acción de la pro hormona conversora 1/3 lleva a la liberación de varios péptidos incluyendo al GLP-1.
Luego de la ingestión de nutrientes se secreta GLP-1 a partir de las células entero endocrinas, células-L que se encuentran predominantemente en: el íleo, el colon y alguna producción de este tipo de células en el duodeno y yeyuno. El GLP-1 bio-activo consiste de dos formas: GLP-1 (7-37) y el GLP-1 (7-36) amida, este ultimo constituye la mayoría (80%) de la hormona circulante.
Las principales respuestas fisiológicas al GLP-1 son: secreción de insulina dependiente de glucosa,  inhibición de la secreción de glucagón, inhibición de la secreción de acido gástrico y del vaciado gástrico. Este último efecto conducirá a un incremento de la saciedad con disminución en el consumo de alimentos conjuntamente con un deseo disminuido de ingerir alimentos.
La acción del GLP-1 en la secreción de insulina y glucagón resulta en una reducción significativa en los niveles circulantes de glucosa luego del consumo de nutrientes. Esta actividad tiene un significado obvio en el contexto de la diabetes, en particular la hiperglicemia asociada con la diabetes tipo-2 que no esta bien controlada. La actividad de disminuir la glucosa por el GLP-1 es muy transitoria ya que la vida media de esta hormona en la circulación es menor a 2 minutos. La eliminación del GLP-1 bioactivo es una consecuencia de la proteólisis del N-terminal catalizada por dipeptidil peptidasa IV (DPP IV). La DPP IV se conoce también con el nombre de antígeno de superficie de linfocito CD26 y tiene numerosas actividades que no tienen relación con la inactivación de la incretina.
Los efectos del GLP-1 son mediador luego de la activación del receptor del GLP-1 (GLP-1R). El GLP-1R es un receptor típico que atraviesa la membrana 7 veces acoplado a la activación de proteínas G, producción incrementada de cAMP y activación de la PKA. También existen respuestas independientes de la PKA que se inician a través del GLP-1R.
Otras respuestas importantes a las acciones del GLP-1 incluyen:
* La proliferación de células-β pancreáticas con una reducción en la apoptosis de las células-β.
* La expresión aumentada del transportador de glucosa GLUT2 y de los genes de la glucocinasa en las células pancreáticas.