Acoplamiento estímulo-secreción en los islotes de Langerhans. Papel de las enzimas fosforilantes de la glucosa

Abstract

Una vez revisados los conocimientos actuales sobre los mecanismos de secreción de insulina por la célula B, el objetivo del presente trabajo es: a) El estudio a nivel molecular del sistema de reconocimiento de la glucosa por la célula B, y b) si existen variaciones en su sensibilidad en situaciones experimentales en la que la respuesta insulínica a la glucosa esté alterada. El ayuno es un eficaz modelo experimental que se caracteriza por un bloqueo en la respuesta secretoria de la célula B a la glucosa sin que modifique el contenido de insulina. Por tanto, puede existir un fallo en el sistema receptor de la señal o en el sistema acoplador estímulo-secreción. Por otra parte, es interesante caracterizar con más precisión la enzima fosforilante de elevada Km para la glucosa. La única enzima descrita en tejidos animales con elevada Km para la glucosa es la glucoquinasa hepática. Esta enzima presenta propiedades importantes como desaparición de su actividad en el ayuno e inducción de su síntesis en la realimentación. Es pues de interés estudiar el comportamiento de la enzima descrita en el islote en similares situaciones experimentales. Otra característica del ayuno es la marcada utilización de los ácidos grasos por los tejidos como principal aporte energético. En alguno de ellos, concretamente en músculo esquelético y de corazón, se ha descrito un efecto inhibidor de los ácidos grasos sobre la utilización de la glucosa. La hipótesis más aceptada sugiere que algún metabolito común a la oxidación de los ácidos grasos y a la glucolisis actuaría inhibiendo esta última en pasos limitantes de su velocidad. El primero de ellos en la mayoría de los tejidos es la fosforilación de la glucosa. Por tanto es de interés estudiar la existencia de dicho ciclo en la célula B y si las enzimas que controlan la primera reacción limitante de la utilización de la glucosa están afectadas o no. Para ello se utilizará un análogo estructural del ácido esteárico, el 2 bromostearato que bloquea la beta oxidación de los ácidos grasos, actuando a nivel de la carnitina transferasa de grupos ácidos mitocondrial. El estudio se llevará a cabo a tres niveles: organismo entero, tejido y nivel intracelular, analizando a dichos niveles las modificaciones inducidas experimentalmente. CONCLUSIONES: 1. El ayuno produce un descenso en la glucemia, llegando a un mínimo tras 48 horas y manteniéndose tras periodos más prolongados de ayuno. 2. Diferentes tipos de realimentación recuperan de una manera característica los niveles circulantes de glucosa descendidas durante el ayuno: mientras que la realimentación con dieta standard o selectiva con glucosa recupera la glucemia a las 48 horas de realimentación, la dieta baja en carbohidratos produce una menor recuperación. 3. Los valores basales de insulina plasmáttica descienden en un 63% tras 48 horas de ayuno; dichos valores son similares tras 96 horas de ayuno. La respuesta insulinosecretora de los islotes de Langerhans a la glucosa desaparece parcialmente tras 96 horas de ayuno. 4. Los islotes de Langerhans poseen un sistema enzimático doble que regula la actividad fosforilante de glucosa: uno con alta Km y baja afinidad para la glucosa y otro con baja Km y alta afinidad para la glucosa. 5. La enzima de alta afinidad presenta características cinéticas similares a las descritas para las hexoquinasas de otros tejidos. La enzima de baja afinidad presenta algunas características cinéticas similares a la glucoquinasa hepática. 6. Existe un progresivo descenso de las actividades fosforilantes de glucosa durante el ayuno. Tras 96 horas de ayuno, la actividad de alta Km desaparece prácticamente, mientras que la de baja Km conserva el 23% de actividad residual. 7. La realimentación provoca una paulatina recuperación de ambas actividades, presentando un patrón de reactivación específico para cada tipo de realimentación. 8. La realimentación selectiva con glucosa por vía oral “ad libitum” recupera de una forma importante la actividad de baja afinidad, alcanzado los valores de las ratas alimentadas tras 96 horas de realimentación. 9. La realimentación con dieta standard produce una equilibrada recuperación de ambas actividades, alcanzándose un 80% de los valores en ratas alimentadas tras 48 horas de realimentación. 10. La realimentación con dieta baja en carbohidratos produce una recuperación importante en la actividad de alta afinidad o hexoquinasa. Tras 48 horas de realimentación, alcanza un 85% del valor en ratas alimentadas, mientras que la actividad de baja afinidad apenas alcanza el 50% de los valores en ratas alimentadas con dieta habitual. 11. La glucosa ejerce un efecto inductor específico sobre la actividad de baja afinidad. Dicho efecto es patente tras incubación de los islotes procedentes de ratas ayunadas durante 96 horas en un medio que contiene glucosa 16,7 mM durante 60 minutos. 12. El 2 Bromoestearato, inhibidor de la oxidación de los ácidos grasos, ejerce un efecto inductor patente sobre la actividad de baja afinidad en islotes procedentes de ratas ayunadas durante 96 horas. 13. La incubación de islotes procedentes de ratas ayunadas durante 96 horas con glucosa 16,7 mM y 2 Bromoestearato 0,25 mM durante 60 minutos produce una reactivación plena de la actividad fosforilante de glucosa de baja afinidad. La actividad fosforilante de alta afinidad se recupera en un 60%. 14. El 2 Bromoestearato recupera parcialmente la respuesta insulinosecretora a la glucosa bloqueada en el ayuno.