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¿Cuál es el papel de la piruvato carboxilasa en la lipogénesis?

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Solo sé que Acetil-CoA es un modulador alostérico positivo para piruvato carboxilasa, pero no puedo encontrar nada más.


De acuerdo, la piruvato carboxilasa es una enzima de la clase ligasa, lo que significa que forma enlaces covalentes. Lo que vemos es que el piruvato se carboxila en oxaloacetato por la piruvato carboxilasa, aquí está nuestra reacción propuesta,

Lo que esto hace es reponer los niveles de oxalacetato mitocondrial, porque cuando cambiamos a la lipogénesis, los intermediarios de TCA deben transportarse al citoplasma para formar triglicéridos, así,

También aquí, en la página 2, se explica cómo se acopla la producción de NADPH a la exportación de grupos acetilo y cómo la PC debe realizar la función antes mencionada para mantener un flujo sustancial. Block los citó para facilitar el acceso,

Como se muestra en el Esquema 1, la generación de NADPH se acopla al transporte de grupos acetilo mitocondriales al citosol para la síntesis de ácidos grasos. La acetil-CoA se genera en las mitocondrias por descarboxilación oxidativa del piruvato y, después de la condensación con oxaloacetato, los grupos acetilo se transportan al citoplasma como citrato, que sufre una escisión dependiente de ATP para producir acetil-CoA y oxaloacetato. Esta vía requiere un suministro continuo de oxalacetato, que es producido por la actividad de la PC. La acetilCoA, un bloque de construcción para la síntesis de ácidos grasos de cadena larga, luego se convierte en malonil-CoA por la acetil-CoA carboxilasa (ACC). Mientras tanto, el oxalacetato generado en el citosol a partir del citrato se reduce con NADH a malato, que a su vez se descarboxila oxidativamente en una reacción catalizada por malato deshidrogenasa dependiente de NADP + ('enzima málica'; EC 1.1.1.40). El piruvato así producido es absorbido por las mitocondrias y carboxilado para dar oxaloacetato, mientras que el NADPH generado se usa en la vía de síntesis de ácidos grasos.


Piruvato carboxilasa

30.1 Piruvato carboxilasa

La piruvato carboxilasa (EC 6.4.1.1 PC) es una proteína mitocondrial dependiente de biotina de “Clase I” que cataliza la conversión de piruvato en oxaloacetato. La estructura de la biotina se muestra en la figura 30.1. La reacción general se muestra en la figura 30.2. Otros miembros de esta familia de enzimas incluyen acetil-CoA carboxilasa, propionil-CoA carboxilasa, 3-metilcrotonil-CoA carboxilasa, geranil-CoA carboxilasa y urea carboxilasa. Estos comparten el uso de trifosfato de adenosina (ATP, figura 30.3), bicarbonato e iones metálicos divalentes como cofactores enzimáticos (Mg 2+ para Rhizobium etli Mn 2+ para vertebrados). La PC de mamíferos también emplea acetil-CoA como activador alostérico (consulte el Capítulo 15: Dihidrolipoil Transacetilasa para conocer la estructura de la acetil-CoA).

Figura 30.1. La estructura química de la biotina.

Figura 30.2. Reacción general catalizada por piruvato carboxilasa.

Figura 30.3. Estructura química del trifosfato de adenosina.


"Piruvato Carboxilasa, Estructura y Función"

La piruvato carboxilasa es una enzima metabólica que alimenta el ciclo del ácido tricarboxílico con uno de sus intermediarios y también participa en el primer paso de la gluconeogénesis. Esta gran enzima es multifuncional y cada subunidad contiene dos sitios activos que catalizan dos reacciones consecutivas que conducen a la carboxilación del piruvato en oxaloacetato y un sitio de unión para acetil-CoA, un regulador alostérico de la enzima. Los oligómeros de piruvato carboxilasa se organizan en tetrámeros y las biotinas unidas covalentemente median la transferencia de grupos carboxilo entre sitios activos distantes. En este capítulo, se presentan algunos de los hallazgos recientes sobre el funcionamiento de la piruvato carboxilasa, con especial énfasis en los estudios estructurales de la enzima de longitud completa. La imagen emergente revela grandes movimientos de dominios que incluso cambian la organización cuaternaria general de los tetrámeros de piruvato carboxilasa durante la catálisis.

Palabras clave: Acetil-CoA Regulación alostérica Carboxilasa dependiente de biotina Enzima multifuncional Piruvato carboxilasa.


Generación de piruvato

El piruvato se genera mediante dos métodos principales: a través de la vía glucolítica y mediante el metabolismo de los aminoácidos. Si bien las proteínas suministran casi el 10% de las necesidades energéticas del cuerpo, solo algunos aminoácidos se canalizan a través del piruvato hacia la maquinaria respiratoria celular. Los que lo hacen se clasifican como aminoácidos glucogénicos, mientras que otros que generan acetil-CoA o acetoacetato se clasifican como aminoácidos cetogénicos. El lactato producido por fermentación anaeróbica también puede regenerar piruvato, especialmente a través de la actividad de enzimas en el hígado. Otras fuentes menores incluyen los intermedios del ciclo del ácido cítrico.

Glucólisis

La glucólisis comienza con el monosacárido de seis carbonos, la glucosa. En los primeros pasos de esta vía bioquímica, la glucosa sufre fosforilación e isomerización para producir fructosa-6-fosfato. Otra reacción de fosforilación facilita la división de este azúcar hexosa en dos moléculas de 3 carbonos: fosfato de gliceraldehído (G3P) y fosfato de dihidroxiacetona (DHAP). Estos pasos iniciales requieren la entrada de energía y utilizan dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, pero dan como resultado la transformación principal de una hexosa en dos moléculas de triosa.

Las imágenes muestran las estructuras químicas de G3P y DHAP. Estos isómeros se pueden interconvertir, especialmente mediante catálisis mediada por enzimas.

Metabolismo de aminoácidos

Se pueden metabolizar seis aminoácidos principales para producir piruvato: alanina, cisteína, serina, glicina, treonina y triptófano. De estos, la alanina y la serina tienen tres átomos de carbono y, por lo tanto, son los más fáciles de transformar. Estas reacciones involucran una sola enzima que esencialmente cataliza el reemplazo del grupo funcional amina por una cetona. Las enzimas también se denominan transaminasas por este motivo. La cisteína, aunque también contiene tres átomos de carbono, debe someterse a un paso adicional para eliminar el átomo de azufre.

La glicina, por otro lado, tiene solo dos átomos de carbono. Por lo tanto, primero se convierte en un aminoácido de tres carbonos: serina & # 8211 antes de someterse a desaminación. La acción de la enzima serina deshidratasa luego cataliza su conversión en piruvato. En una estrategia similar, tres grupos alquilo del triptófano se convierten primero en alanina antes de transformarse en una molécula de piruvato mediante la acción de la enzima alanina transaminasa. La treonina sigue un camino aún más largo, primero se convierte en glicina y luego en serina antes de actuar sobre la serina deshidratasa.


Piruvato carboxilasa y síndrome metabólico

Piruvato carboxilasa es una enzima dependiente de biotina involucrada en la gluconeogénesis y lipogénesis, en la biosíntesis de neurotransmisores y en la secreción de insulina inducida por glucosa por los islotes pancreáticos. La piruvato carboxilasa es clave para adaptación de células beta a la resistencia a la insulina, donde la reducción de la piruvato carboxilasa puede conducir al fallo de las células beta. En Ratones Agouti-K La reducción de la piruvato carboxilasa en los islotes pancreáticos podría desempeñar un papel en el desarrollo de la diabetes tipo 2.

Las deficiencias de biotina, tanto por la disminución del metabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada como por la disminución de la actividad de la piruvato carboxilasa, podrían conducir al desarrollo del síndrome metabólico en humanos. Tanto la biotina como el pantotenato deberían tomarse para tratar el síndrome metabólico donde la biotina se tomaría tres veces al día y el ácido pantoténico se tomaría una vez al día lejos de la biotina. Tanto la biotina como el pantotenato son transportado por el transportador multivitamínico dependiente de sodio (SMVT). El ácido pantoténico tomado solo podría inhibir competitivamente el transporte de biotina por el SMVT, mientras que la biotina tomada sola podría disminuir el transporte de ácido pantoténico por biotinilación de histonas en el locus SMVT.


El papel de SREBP-1c en la regulación nutricional de la expresión génica de la enzima lipogénica

Una dieta alta en carbohidratos regula al alza la transcripción de las enzimas de la biosíntesis de triglicéridos (lipogénesis) en el hígado de los mamíferos. Este tratamiento estimula la señalización de la insulina hepática, lo que lleva a la transcripción de la proteína 1c de unión al elemento regulador de esteroles (SREBP-1c). Se ha implicado a SREBP-1c como un factor principal que regula positivamente los genes lipogénicos en respuesta a la alimentación con carbohidratos. Sin embargo, presentamos evidencia de otro factor, el factor de respuesta a los carbohidratos, que también está involucrado en esta respuesta, y propusimos un modelo en el que SREBP-1c y el factor de respuesta a los carbohidratos son factores de transcripción independientes que actúan en respuesta a la insulina y la glucosa, respectivamente. En este estudio, examinamos la contribución de SREBP-1c a la expresión de genes lipogénicos en hepatocitos de rata primarios tratados con glucosa e insulina utilizando un sistema de adenovirus inducible. Encontramos que la sobreexpresión de SREBP-1c conduce a una inducción modesta de ARNm de ácido graso sintasa, S (14) y acetil-CoA carboxilasa al 20% (ácido graso sintasa), 10% (S (14)) y 5% ( acetil-CoA carboxilasa) de la inducción observada por el tratamiento con niveles altos de glucosa e insulina. Restaurar la insulina a las células que sobreexpresan SREBP-1c no aumentó más estos niveles de ARNm. Por el contrario, la SREBP-1c expresada por adenovirus no indujo ARNm de piruvato quinasa, lo que sugiere que la inducción de este gen es independiente de SREBP-1c. De hecho, la SREBP-1c desempeña un papel en la inducción de genes de enzimas lipogénicas en respuesta al tratamiento con insulina, pero no es suficiente para la inducción que se observa cuando los hepatocitos se tratan con insulina y glucosa alta.


Expresión de CA V dependiente de la diferenciación y papel de las isoenzimas de la anhidrasa carbónica en la carboxilación del piruvato en adipocitos

A quién deben dirigirse las solicitudes de correspondencia y reimpresión, en: Departamento de Fisiología Celular y Molecular, P.O. Box 850, College of Medicine, The Pennsylvania State University, Hershey, PA 17033, EE. UU. Buscar más artículos de este autor

Departamento de Fisiología Celular y Molecular, Facultad de Medicina, Centro Médico y Hospital Infantil Milton S. Hershey, Universidad Estatal de Pensilvania, Hershey, Pensilvania, 17033 EE. UU.

Edwaid A. Doisy Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Saint Louis, St. Louis, Missouri, 63104 EE. UU.

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Departamento de Fisiología Celular y Molecular, Facultad de Medicina, Centro Médico y Hospital Infantil Milton S. Hershey, Universidad Estatal de Pensilvania, Hershey, Pensilvania, 17033 EE. UU.

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A quién deben dirigirse las solicitudes de correspondencia y reimpresión, en: Departamento de Fisiología Celular y Molecular, P.O. Box 850, College of Medicine, The Pennsylvania State University, Hershey, PA 17033, EE. UU. Buscar más artículos de este autor

Abstracto

Se examinó la incorporación de radiactividad de compuestos marcados con 14 C en intermedios metabólicos y lípidos totales en adipocitos 3T3. El inhibidor de la anhidrasa carbónica de sulfonamida heterocíclica (SCAI) 6-etoxizolamida (ETZ) provocó una disminución (42-7% del control, IC50 = 2,2 ± 1,1 X 10 −7 M) en la incorporación de [14 C] bicarbonato en varios intermedios del ciclo de Krebs en los adipocitos 3T3-F442A. Esta disminución en la fijación de [14 C] carbono mediada por piruvato carboxilasa se asoció con una reducción en [citrato] y [malato] determinados fluorométricamente. La capacidad de ETZ para disminuir tanto la incorporación de radiactividad y las concentraciones de los intermedios del ciclo de Krebs no fue de magnitud suficiente para disminuir el [ATP], pero se asoció con una disminución en la lipogénesis de novo de la [14 C] gicosa. La lipogénesis de novo también fue inhibida en un grado similar por la trifluormetanosulfonamida, una SCAI alifática, lo que sugiere que los efectos están mediados por la anhidrasa carbónica. ETZ no inhibió la lipogénesis de novo de [14 C] glutamina (12,38 ± 1,068 nmol / mg de proteína, ETZ 12,5 ± 0,846 nmol / mg de proteína, DMSO). Esto sugiere que la inhibición de la lipogénesis por ETZ implica un efecto inhibidor sobre la piruvato carboxilasa en contraposición a la acetil CoA carboxilasa, porque la incorporación de glutamina en los lípidos no implica la piruvato carboxilasa. También se observó una disminución de la lipogénesis de novo al incubar cultivos en medios que contenían bicarbonato 1 mM (atmósfera: aire 100% humidificado) en lugar de bicarbonato 25 mM (atmósfera: 95% aire humidificado / 5% CO2). Esto sugiere que el CO exógeno2Se puede requerir bicarbonato para mantener las tasas máximas de lipogénesis de novo. Debido a que estos resultados implicaron que CA V, la isoforma mitocondrial de la anhidrasa carbónica, podría estar presente en los adipocitos, los niveles de CA V se midieron mediante inmunotransferencia. Se encontró que las preparaciones mitocondriales de adipocitos e hígado contenían concentraciones similares de CA V. A diferencia de los adipocitos CA III, las concentraciones de CA V no fueron significativamente diferentes en ratas Zucker delgadas y obesas. Sin embargo, los niveles de CA V fueron nueve veces más altos en los adipocitos diferenciados 3T3-F442A en comparación con los adipoblastos indiferenciados. Nuestros datos indican que CA V es relativamente abundante en las mitocondrias de adipocitos y exhibe una expresión dependiente de la diferenciación como la piruvato carboxilasa y las isoenzimas citosólicas CA II y CA III. Se discuten las posibles funciones de CA II y CA V en la carboxilación de piruvato. — Hazen, SA, Waheed, A., Sly, WS, LaNoue, KF, Lynch, CL Expresión de CA V dependiente de la diferenciación y función de las isoenzimas de la anhidrasa carbónica en la carboxilación de piruvato en adipocitos. FASEB J. 10, 481-490 (1996)


Funciones anapleróticas de la piruvato carboxilasa en tejidos de mamíferos

La piruvato carboxilasa (PC) cataliza la carboxilación de piruvato dependiente de ATP a oxaloacetato. La PC cumple una función anaplerótica para el ciclo del ácido tricarboxílico, cuando los intermediarios se eliminan para diferentes propósitos biosintéticos. En el hígado y el riñón, el PC proporciona oxalacetato para la gluconeogénesis. En los adipocitos, la PC está involucrada en de novo síntesis de ácidos grasos y gliceroneogénesis, y está regulada por el receptor γ activado por el proliferador de peroxisomas, lo que sugiere que la PC está involucrada en el interruptor metabólico que controla la partición del combustible hacia la lipogénesis. En los islotes, la PC es necesaria para la secreción de insulina inducida por glucosa al proporcionar oxaloacetato para formar malato que participa en el "ciclo piruvato / malato" para transportar 3C o 4C entre las mitocondrias y el citoplasma. La hiperglucemia y la hiperlipidemia alteran este ciclo y afectan la liberación de insulina estimulada por glucosa. En los astrocitos, la PC es importante para de novo síntesis de glutamato, un importante neurotransmisor excitador suministrado a las neuronas. Los estudios transcripcionales del gen PC señalan algunos factores de transcripción que determinan la expresión específica de tejido.

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Estructura, mecanismo y regulación de la piruvato carboxilasa

Sarawut Jitrapakdee, Martin St Maurice, Ivan Rayment, W. Wallace Cleland, John C. Wallace, Paul V. Attwood Estructura, mecanismo y regulación de la piruvato carboxilasa. Biochem J 1 de agosto de 2008 413 (3): 369–387. doi: https://doi.org/10.1042/BJ20080709

PC (piruvato carboxilasa) es una enzima que contiene biotina que cataliza el HCO3 - - y carboxilación del piruvato dependiente de MgATP para formar oxaloacetato. Esta es una reacción anaplerótica muy importante, que repone el oxalacetato extraído del ciclo del ácido tricarboxílico para varias vías bioquímicas fundamentales. Por lo tanto, la PC se considera una enzima crucial para el metabolismo intermedio, controlando la partición del combustible hacia la gluconeogénesis o lipogénesis y en la secreción de insulina. La enzima fue descubierta en 1959 y durante la última década se ha avanzado mucho en la comprensión de su estructura y función. El PC de la mayoría de los organismos es una proteína tetramérica que está regulada alostéricamente por acetil-CoA y aspartato. Recientemente se han determinado estructuras cristalinas de alta resolución de la holoenzima con varios ligandos unidos, y han revelado detalles de los sitios de unión y las posiciones relativas de los dominios portadores de biotina carboxilasa, carboxiltransferasa y biotina carboxilo, y también un dominio efector alostérico único. En presencia del efector alostérico, acetil-CoA, el resto biotina transfiere el grupo carboxi entre el sitio activo del dominio biotina carboxilasa en una cadena polipeptídica y el sitio activo carboxiltransferasa en la cadena polipeptídica antiparalela adyacente. además, el De buena fe El papel de la PC en los tejidos no gluconeogénicos se ha estudiado utilizando una combinación de métodos bioquímicos y genéticos clásicos. La primera clonación del promotor del gen PC en mamíferos y los estudios de transcripción posteriores revelan algunos factores de transcripción afines clave que regulan la expresión específica de tejido. La presente revisión resume estos avances y también ofrece algunas perspectivas en términos de direcciones futuras para el estudio de esta importante enzima.


El receptor gamma activado por el proliferador de peroxisoma regula la expresión génica de piruvato carboxilasa murina in vivo e in vitro

La piruvato carboxilasa (PC) juega un papel crucial en varias vías metabólicas, incluida la gluconeogénesis, la lipogénesis y la secreción de insulina inducida por glucosa. Aquí mostramos por primera vez que el gen PC está regulado transcripcionalmente por el receptor gamma activado por proliferador de peroxisoma (PPARgamma) in vitro e in vivo en tejido adiposo blanco y marrón. El ARNm y la proteína de PC aumentan notablemente durante la diferenciación de las células 3T3-L1 y HIB-1B, en paralelo con la expresión de los factores de transcripción adipogénicos, la proteína de unión del potenciador CCAAT alfa, PPARgamma1 y PPARgamma2. El factor de necrosis tumoral alfa, una citocina que bloquea la diferenciación de las células 3T3-L1, suprimió la expresión de PC. Los estudios de cotransfección en preadipocitos 3T3-L1 o células HEK293T con un fragmento promotor de 2,3 kb del gen PC de ratón unido a una construcción informadora de luciferasa y con plásmidos que sobreexpresan el receptor de retinoide X alfa / PPARgamma1 o el receptor de retinoide X alfa / PPARgamma2 mostraron un 6- Aumento de 8 veces por encima de la actividad promotora basal. Además, el tratamiento de estas células transfectadas con el agonista de PPARgamma duplicó la actividad del promotor. La mutación del elemento de respuesta PPAR putativo - (-386 / -374) de este fragmento promotor de PC de 2,3 kb abolió la respuesta PPARgamma. Los ensayos de inmunoprecipitación de cromatina y cambio de gel demostraron que el PPARgamma endógeno se une a este elemento funcional de respuesta a PPAR del promotor de PC. Los ratones con alteración dirigida del gen PPARgamma2 mostraron una reducción de aproximadamente 50-60% de ARNm de PC y proteína en el tejido adiposo blanco. De manera similar, en el tejido adiposo marrón de ratones deficientes en PPARgamma2 sometidos a exposición al frío, el ARNm de PC fue un 40% más bajo que el de los ratones de tipo salvaje. La diferenciación in vitro alterada de los adipocitos blancos de los ratones knock-out para PPARgamma2 también se asoció con una reducción marcada del ARNm de PC. Nuestros hallazgos identificaron a la PC como un gen regulado por PPARgamma y sugirieron un papel para el metabolismo intermedio regulador de PPARgamma.

Cifras

HIGO. 1. Expresión de proteína PC con…

HIGO. 1. Expresión de la proteína PC con factores de transcripción adipogénicos durante la diferenciación de adipocitos

HIGO. 2. Análisis de PCR en tiempo real de…

HIGO. 2. Análisis de PCR en tiempo real de la expresión de PC, PPAR γ 1, PPAR γ…

HIGO. 3. Transactivación del promotor de mPC-luciferasa ...

HIGO. 3. Transactivación de la construcción de indicador de luciferasa promotor mPC ( PC-Luc ) por PPAR γ…

HIGO. 4. Identificación de un PPRE putativo ...

HIGO. 4. Identificación de un PPRE putativo en el gen mPC

HIGO. 5. Análisis mutacional de PPRE putativo - (- 386 / −374)…

HIGO. 5. Análisis mutacional de PPRE putativo - (- 386 / −374) en el promotor mPC

HIGO. 6. Cambio de movilidad electroforética y supercambio ...

HIGO. 6. Ensayos de desplazamiento de movilidad electroforética y superdesplazamiento de PPRE putativo (región -386 a -374) ...

HIGO. 7. Ensayo de inmunoprecipitación de cromatina de PPAR ...

HIGO. 7. Ensayo de inmunoprecipitación con cromatina de PPAR γ unido a PPRE del promotor mPC en…

HIGO. 8. Regulación a la baja del ARNm de PC y ...

HIGO. 8. Regulación descendente de ARNm de PC y proteína en tejido adiposo blanco y adiposo marrón ...

HIGO. 9. Expresión de ARNm de PC alterada en ...

HIGO. 9. Expresión de ARNm de PC alterada en cultivos primarios de tejido adiposo blanco de…


Discusión

El metabolismo de la glucosa regula la secreción de insulina [37-39] y el bloqueo de la fosforilación de la glucosa [40] o la glucólisis [37] inhibe la secreción de insulina. De las muchas enzimas e intermediarios necesarios para completar la glucólisis y la oxidación de la glucosa, no está claro cuáles juegan un papel clave en la regulación de la secreción de insulina. Las enzimas candidatas incluyen PC y PDH, que en las células beta pancreáticas metabolizan cantidades iguales de piruvato en el ciclo de Krebs [7]. Estudios previos [11, 12, 18], incluidos los de nuestro grupo [13, 14], sugirieron que la PC podría ser importante para la secreción de insulina y la proliferación celular, sin embargo, ninguno de esos informes proporcionó evidencia directa y causal para confirmar esta hipótesis. En el estudio actual, realizamos las siguientes manipulaciones genéticas específicas para probar el papel de la PC frente a la PDH: (1) la actividad de la PC se redujo con el ARNip en las células INS-1 y las células de los islotes dispersos (2) la actividad de la PC se incrementó en ordenador personal sobreexpresión y (3) la actividad de PDH se redujo por Pdk4 sobreexpresión en células INS-1. Mediante la manipulación de genes, demostramos que la reducción o elevación de la actividad de la PC provocó los cambios correspondientes en la secreción de insulina y la proliferación celular. Por el contrario, la inhibición de la PDH no redujo la secreción de insulina. La inhibición de la producción de PC por ARNip produjo una notable elevación en la actividad de la PDH que podría sustituir la actividad de la PC deteriorada para mantener tasas normales de oxidación de la glucosa. Pero la PDH elevada no pudo compensar el efecto de la PC disminuida para reducir la secreción de insulina. Esto significa que el papel esencial de la PC no se deriva del mantenimiento de la oxidación de la glucosa, sino más bien de su capacidad para alimentar el sustrato a la anaplerosis y al SPM.

La parte del estudio actual que implica la inhibición del ARNip de la Ordenador personal Gen también fue llevado a cabo recientemente por Jensen et al. [23]. Partes de sus resultados son consistentes con nuestros hallazgos, mientras que otros resultados difieren notablemente. Por lo tanto, de manera similar a nuestros datos, Jensen et al. encontraron que la inhibición de la PC (50% de regulación a la baja de la PC) no tuvo un efecto directo ni sobre el uso de glucosa ni sobre la oxidación. También encontraron que la inhibición de la PC redujo el PMS, medido en nuestros estudios por la liberación de malato de las mitocondrias y en sus estudios a través del análisis de isotopómeros de 13C NMR [23]. Por otro lado, los dos estudios difirieron significativamente en los efectos de la inhibición de la PC sobre el contenido de células beta de NADPH o malato y en el efecto de la inhibición de la PC sobre la secreción de insulina. Para explicar el resultado de la secreción de insulina, Jensen et al. realizaron mediciones radioisotópicas y basadas en 13C-NMR del flujo metabólico y experimentos de perfil metabólico basados ​​en espectrometría de masas, encontraron que una disminución promedio del 56% en los niveles de proteína PC resultó en solo una reducción del 20% en el flujo a través de PC a glucosa estimulante y no significativa diferencia en el incremento de la actividad cíclica del piruvato cuando se incrementó la concentración de glucosa. También encontraron que los niveles de acetil-CoA y lactato aumentan en las células INS-1 con una producción disminuida de PC, lo que sugiere un mecanismo compensatorio en estas células. También creían que la inhibición de la PC se puede compensar con la lanzadera de piruvato-isocitrato. Estas son las explicaciones de sus datos de secreción de insulina. En nuestro estudio, sin embargo, la inhibición de la PC redujo tanto el malato como el NADPH. Esperábamos esto ya que la PC de células beta es una fuente importante de malato y la lanzadera malato-piruvato es una fuente importante de NADPH [8]. Como observamos grandes reducciones en las relaciones NADPH: NADP + y los intermedios del ciclo de Krebs en las células INS-1 tratadas con ARNip (Tabla 1), es posible que esto contribuya a la reducción en la síntesis de ADN y el contenido de proteínas (Figura 1c, d) . En contraste con nuestros resultados, Jensen et al. [23] encontró que la inhibición de la PC no tenía ningún efecto sobre el contenido de malato o NADPH.

Confiamos en nuestros hallazgos, ya que no solo encontramos que la inhibición de la PC redujo el contenido de NADPH y malato, sino también que la elevación de la PC produjo un aumento correspondiente en los contenidos de NADPH y malato. La otra diferencia en los dos estudios es que encontramos que la secreción de insulina es sensible al aumento o disminución de la actividad de la PC, mientras que Jensen et al. [23] no vio ningún impacto de la inhibición de la PC en GSIS. Es posible que las diferencias en los resultados se deban a diferencias en las líneas celulares INS-1 utilizadas por Jensen y por nosotros. Las diferentes cepas de células INS-1 muestran características muy diferentes para la secreción de insulina [41] y el síndrome premenstrual [11]. Por ejemplo, el contenido de malato a concentraciones similares de glucosa era más del doble en las células de Jensen que en las nuestras. Además, GSIS fue muchas veces mayor en las células de Jensen. Estas diferencias podrían deberse a niveles basales más altos de actividad de PC en las células de Jensen, lo que podría reducirse la sensibilidad a la inhibición del ARNip. Sin embargo, la actividad PC de las células de Jensen no se conoce y la razón de los diferentes hallazgos sigue siendo incierta. Muy recientemente, este grupo [24] proporcionó evidencia adicional para apoyar un papel importante del PMS en la regulación del GSIS [21]. Esto es consistente con nuestra conclusión.

En el estudio actual se demostró la importancia de la vía de la PC para la proliferación de células beta, una respuesta esencial para la respuesta adaptativa de las células beta a la resistencia a la insulina. La conversión de piruvato en oxaloacetato, luego en malato y de nuevo en piruvato genera tres importantes intermediarios para la proliferación celular: oxaloacetato, NADPH y malato. El oxalacetato se utiliza para la síntesis de proteínas y lípidos [42-44], el NADPH es necesario para la síntesis de lípidos y ácidos grasos [43, 44] y la secreción de insulina [8, 45], y el malato se utiliza para la producción de NADPH. Estudios anteriores han sugerido un papel importante para la PC en la proliferación de células beta. Por lo tanto, informamos anteriormente que hay un aumento de más del doble en la actividad de PC en los islotes de ratas Zucker obesas resistentes a la insulina que tienen un aumento de 3.9 veces [13] en la masa de células beta de los islotes. Cline y col. [12] también informó que un aumento de aproximadamente cuatro veces en la anaplerosis, que proporciona sustrato para la proliferación, podría atribuirse a un aumento en el flujo de PC en las células beta INS-1. Encontramos que la inhibición del ácido fenilacético de la PC previene la respuesta proliferativa de las células beta completa a la pancreatectomía al 60% [14]. Además, la función proliferativa de la PC no es exclusiva de la célula beta. Las mutaciones en PC en células de levadura inhiben el crecimiento [46, 47], y la actividad de PC está elevada en poblaciones de células tumorales en crecimiento [48]. El estudio actual proporciona la evidencia más específica y directa del papel de la PC en la proliferación de células beta.

En resumen, al manipular los niveles de PC y PDH, hemos proporcionado la evidencia más directa de que la vía de la PC juega un papel clave en la secreción de insulina en las células de los islotes dispersos y las células INS-1, así como en la proliferación celular en las células INS-1. Dado que los efectos de la PC fueron independientes del metabolismo total de la glucosa y dado que la vía de la PDH es mucho menos importante que la PC, sugerimos que es el papel de la PC en la anaplerosis y en la vía del PMS lo que la hace tan importante para la secreción de insulina.


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