BASES MOLECULARES DE LAS ACCIONES DE LA INSULINA

Introduccin

La insulina es una hormona liberada por las clulas del pncreas en respuesta a niveles elevados de nutrientes en sangre y juega un papel muy importante en el metabolismo. Cuando la insulina se une a su receptor, ste desencadena mltiples vas de sealizacin que median sus acciones biolgicas. La incapacidad de sus clulas blanco de responder a la insulina (resistencia a la insulina), es una de las principales caractersticas de manifestaciones patolgicas asociadas a la Dibetes Mellitus tipo 2 (DM2).

El apropiado almacenamiento y liberacin de energa durante los estados de alimentacin y ayuno son esenciales para la supervivencia y son controlados principalmente por la accin de la insulina. Su principal funcin es la de mantener la concentracin de glucosa en sangre en un rango normal (80-105 mg/dl), favoreciendo la entrada de este nutriente en msculo y tejido adiposo y en hgado se favorece su almacenamiento y se inhibe su produccin. Las acciones de la insulina son mediadas por cascadas de sealizacin intracelular, en las cuales la fosforilacin inicial del receptor lleva a una serie de eventos de fosforilacin/desfosforilacin de quinasas. Estas quinasas son las responsables de transmitir la seal de la insulina para la regulacin de eventos metablicos dentro de la clula.

Receptor de Insulina

La insulina es una hormona polipeptdica, la cual es secretada por las clulas Beta () del pncreas, en respuesta al incremento de la concentracin plasmtica de glucosa (glicemia). sta interacta con un receptor especfico que est formado por cuatro subunidades: dos alfa () y dos beta (). Al interactuar la insulina con el dominio funcional de las subunidades alfa, se genera un cambio conformacional en las subunidades alfa el cual es transmitido por contigidad a las subunidades beta. ste cambio en las subunidades beta promueve que se lleve a cabo un proceso de autofosforilacin cruzada de estas subunidades a partir de ATP con su consecuente activacin, estimulando la actividad tirosina quinasa del receptor. Gracias a esto el receptor puede llevar a cabo la fosforilacin de diversos sustratos proteicos: los ISR (sustratos receptor de insulina).

Estudios recientes han reportado que se requiere de al menos siete sitios de fosforilacin en el receptor de insulina y de la actividad enzimtica de quinasas para el apropiado funcionamiento del receptor.

Vas de Sealizacin de la Insulina

Una vez que la insulina interacciona con su receptor y ste es activado, se inicia el encendido de cascadas de sealizacin que dependen de un orquestado nmero de interacciones proteicas. Dos vas principales de transduccin son activadas por accin de la insulina: la va de la fosfatidilinositol 3 quinasa (PI3K) y la va de las quinasas activadas por mitgenos (MAP quinasas). Ambas vas regulan la mayora de las acciones de la insulina asociadas a la regulacin del metabolismo energtico, de la expresin gentica y de efectos mitognicos.

a) Va de Sealizacin de las MAP quinasas

Una vez fosforilado el ISR-1, uno de sus residuos de fosfotirosina se une al dominio SH2 de la protena adaptadora Grb2. La unin al ISR produce un cambio conformacional en Grb2 que activa un segundo lugar de unin denominado dominio SH3, que se enlaza a regiones ricas de residuos de prolina. A travs de su dominio SH3, Grb2 logra unirse a la protena Sos que es un factor de intercambio de nucletidos de guanina. Cuando Sos est unida a Grb2, sta cataliza la sustitucin del GDP por GTP en la protena Ras, una protena G monomrica localizada en la membrana plasmtica. Cuando Ras se halla enlazando GTP, puede activar una protena quinasa, Raf-1, que es una serina protena quinasa que es la primera de tres protenas quinasas (Rf-1, MEK y ERK) que forman una cascada en la que cada quinasa activa a la siguiente por fosforilacin.

La protena quinasa, ERK, es activada por fosforilacin de un residuo de treonina y tirosina. Cuando se activa, interviene en algunos de los efectos biolgicos de la insulina al entrar en el ncleo y fosforilar protenas tales como Elk1, la cual modula la transcripcin de determinados genes regulados por la insulina pero no en la regulacin del transporte de glucosa.

b) Va de Sealizacin de la PI3K

Entre las diversas cascadas de sealizacin activadas por el receptor de insulina, cabe mencionar la ruta de la fosfoinositol 3 quinasa (PI3K). La PI3K se asocia con residuos de fosfotirosina en el ISR-1 a travs del dominio SH2. Una vez activa por su unin a residuos de fosfotirosina, la PI3K fosforila al fosfolpido de membrana fosfatidilinositol 4,5 bifosfato (PIP2) y lo convierte en fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato (PIP3). El PIP3 es reconocido por los dominios PH, presentes en las protenas quinasas PDK (protena quinasa dependiente de fosfoinositoles) y PKB (protena quinasa B).

La PKB se localiza en el citoplasma y la estimulacin con insulina produce su translocacin a la membrana plasmtica, donde puede unirse al PIP3 a travs de

su dominio PH. En la membrana, la PKB se sita junto a la PDK, que la activa mediante la fosforilacin de sus dos sitios reguladores principales. Una vez activada, la PKB se separa de la membrana plasmtica y difunde al citosol donde fosforila residuos de serina o treonina en sus protenas diana, mediando los efectos de la insulina sobre el transporte de glucosa, la sntesis de glucgeno, la sntesis proteica, la lipognesis y la supresin de la gluconeognesis heptica.

En el msculo y el tejido adiposo, la PKB desencadena el desplazamiento de los transportadores de glucosa (GLUT4) desde vesculas internas a la membrana plasmtica, estimulando la captacin de glucosa desde la sangre y adems fosforila y participa en la estimulacin de las fosfodiesterasas del AMPc. En el hgado, msculo, tejido adiposo y riones predomina la isoforma PDE3, que es activada por insulina y se halla involucrada en la regulacin hormonal de la glucogenlisis y la liplisis. Esta activacin inducida por insulina es debido a la fosforilacin mediada por la PKB.

Es importante mencionar que, cuando se bloquea la PI3K, se activa la degradacin del AMPc y se inhiben el transporte de glucosa dependiente de insulina, la modulacin de la expresin gentica y la sntesis de glucgeno, lpidos y protenas. Estos hallazgos indican que la activacin de la PI3K es crucial para que la insulina ejerza sus efectos sobre el metabolismo celular.

Mecanismos de Regulacin de la Seal de Insulina

La duracin y extensin de las seales inducidas por accin de la insulina son altamente reguladas para promover el adecuado funcionamiento metablico, el balance energtico y el mantenimiento del peso corporal. El control de las acciones de la insulina se lleva a cabo gracias a mecanismos muy finos de autorregulacin (desensibilizacin homloga y heterloga), en donde enzimas de la misma va que fueron activadas por la accin de la insulina inhiben la actividad de protenas claves de la sealizacin, como lo son el IR o sus sustratos ISR.

a) Regulacin a nivel del IR.

Endocitosis.

Accin de Protenas Fosfatasas de Tyr.

Fosforilacin de Residuos de Ser/Thr.

b) Regulacin a nivel del ISR.

Fosforilacin de Residuos de Ser/Thr.

Modulacin por Interaccin con Protenas SOCS.

c) Mecanismos de regulacin ro debajo de ISR.

Resistencia a la Insulina

Es un estado patolgico en el que las clulas que responden a la insulina dejan de hacerlo. Los individuos con resistencia a la insulina estn predispuestos al desarrollo de diabetes mellitus tipo 2 (DM2). sta se manifiesta por una disminucin en el transporte de glucosa inducido por la insulina en adipocitos y msculo esqueltico, un aumento de la produccin de glucosa heptica y alteraciones en el metabolismo de lpidos en tejido adiposo y heptico. Los mecanismos por los que se genera resistencia pueden ser mltiples y varan de una persona a otra. Sin embargo, la resistencia a la insulina es la consecuencia de una deficiente sealizacin de la insulina, causada por mutaciones o modificaciones post-traduccionales del IR o de molculas efectoras del mismo. En algunos casos esta resistencia se debe a un defecto en la unin de la insulina con su receptor, pero ms a menudo se debe a alteraciones posteriores a la unin de la insulina, que alteran desde la funcionalidad de su receptor hasta la actividad de protenas localizadas ro abajo del mismo y que desempean funciones importantes en la sealizacin de la insulina.