Defosforilasi dan Aktivasi PDH-E1α pada Rangka Otot Manusia

Selama BergerakPengaruh Infusi Intralipid

Oleh:TINA DEWI ROSAHDI

20506001

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 2

PDH-E1α Dephosphorylation and Activation in Human Skeletal Muscle During Exercise

Effect of Intralipid Infusion

Henriette Pilegaard, Jesper B. Birk, Massimo Sacchetti, Marina Mourtzakis, D. Graham Hardie, Greg Stewart, P. Darrell Neufer, Bengt Saltin,

Gerrit van Hall, and F. P. Wojtaszewski

AMERICAN DIABETES ASSOCIATION, VOL. 55, NOVEMBER 2006

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 3

PENDAHULUAN• Keadaan fosforilasi PDH-E1α sisi 1 dan sisi 2

diharapkan menjadi sisi fosforilasi penting pada aktivitas PDHa dalam rangka otot.

• Asumsi : uji aktivitas in vitro mengukur aktivitas PDH dalam bentuk aktif mencerminkan keadaan fosforilasi dan bukan merupakan modifikasi kovalen.

• Diperlukan penjelasan peran sisi fosforilasi spesifik untuk aktivitas PDHa dan peran regulator PDH kinase/fosfatase.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 4

TUJUAN

• Menyelidiki fosforilasi subunit piruvat dehidrogenase (PDH)-E1α.

• Menyelidiki apakah asam lemak bebas (FFAs) meregulasi aktivitas PDH.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 5

Komplek Piruvat Dehidrogenase

PDC merupakan komplek multienzim yang dilibatkan dalam dekarboksilasi piruvat, proses yang berhubungan dengan glikolisis dan TCA.

Enzim Lambang JumlahCopi Gugus ProstetikPiruvat dehidrogenase E1 30 TPP

Dihidrolipoil transasetilase E2 30 Lipoamid

Dihidrolipoil dehidrogenase E3 12 FAD

Komponen PDC

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 6

Komplek Piruvat Dehidrogenase

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 7

Ikatan pada komponen PDC; PDH, E3, PDHKs (PDKs) dan PDPs

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 8

PDH-E1α

• PDH E1 adalah heterotetramer subunit 2α dan 2β.

• Mengkatalisis dekarboksilasi piruvat.

• Distimulasi oleh insulin.

• Diinhibisi oleh ATP, NADH, dan asetil-CoA.

• Meregulasi aktivitas komplek PDC oleh fosforilasi-defosforilasi tiga residu serin spesifik pada subunit E1α.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 9

Struktur PDH-E1

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 11

MODEL DAN METODE PENELITIAN• Subyek Penelitian• Parameter Darah• Glikogen Otot• Isolasi RNA, Transkripsi Balik, dan Kandungan

cDNA• Real-Time PCR• Antibodi PDH• Karakterisasi Antibodi Subunit PDH-E1α• Preparasi Mitokondria• Homogenat/Lisat Otot Manusia• Aktivitas PDHa• Statistik

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 25

HASIL DAN PEMBAHASAN

• FFAs

infusi saline (kontrol) (●) infusi intralipid/heparin (intralipid) (○)

FFAs berperan dalam disregulasi PDH pada model binatang pengerat diabetes tipe 2.

Efisiensi pemutusan triasilgliserol diberikan pada emulsi intralipid

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 26

•Insulin Makanan pagi yang dikonsumsi subyek meningkatkan sedikit plasma insulin pada awal infusi.

Pada 4 jam masa istirahat konsentrasi arterial plasma insulin pada kontrol menurun, pada intralipid tidak ada perubahan.

Infusi intralipid menimbulkan daya tahan insulin otot dan melemahkan aktivasi PDHa oleh insulin.

Diabetes tipe 2 berhubungan dengan peningkatan fosforilasi PDH-E1α selama istirahat dan fosforilasi mengurangi aktivitas PDHa pada stimulasi insulin.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 27

•Glikogen otot

Pada 4 jam masa istirahat tidak ada perubahan glikogen otot pada kedua percobaan.

Selama 45 menit awal bergerak konsentrasi glikogen otot menurun pada kedua percobaan.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 28

•Aktivitas PDH dalam bentuk aktif (PDHa)

infusi saline (kontrol) (■)

infusi intralipid/heparin (intralipid) (□)

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 29

• Infusi intralipid mempertahankan peningkatan aktivitas yang lebih daripada penurunan aktivitas PDHa selama bergerak induksi FFA yang menginhibisi aktivitas PDK.

• Peningkatan plasma FFA tidak menimbulkan sinyal yang menginduksi penghematan karbohidrat dalam rangka otot.

•Aktivitas PDH dalam bentuk aktif (PDHa)

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 30

•Protein PDH-E1α dan keadaan fosforilasi

Gerakan yang dilakukan menginduksi penurunan fosforilasi pada sisi 1 dan 2 pada subunit katalitik dalam PDH-E1α pada komplek PDH.

• infusi saline (kontrol) (■) • infusi intralipid/heparin (intralipid) (□)

•B: Representative blot protein PDH-E1α dan fosforilasi PDH-E1α sisi 1 dan 2.

Fosforilasi PDH-E1α sisi 1

Fosforilasi PDH-E1α sisi 2

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 31

• Peningkatan fosforilasi PDH-E1α pada saat istirahat selama infusi intralipid tidak merusak regulasi aktivitas PDHa selama bergerak.

• Mekanisme regulator yang diaktivasi selama bergerak mengesampingkan regulasi yang digunakan oleh peningkatan FFAs pada saat istirahat.

• Gerakan bisa mengatasi disregulasi aktivitas PDH pada saat istirahat dalam diabetes tipe 2.

• Metabolisme lipid dan glukosa, normal selama bergerak pada otot penderita diabetes tipe 2.

•Protein PDH-E1α dan keadaan fosforilasi

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 32

A: Hubungan diantara fosforilasi PDH-E1α sisi 1 dan aktivitas PDHa.

B: Hubungan diantara fosforilasi PDH-E1α sisi 2 dan aktivitas PDHa.

C: Hubungan diantara fosforilasi PDH-E1α sisi 1 dan 2.

Tingkat fosforilasi PDH-E1α berhubungan terbalik dengan aktivitas PDHa selama bergerak.

Mengindikasikan kesamaan dan regulasi gabungan di kedua sisi.

Defosforilasi pada sisi terjadi pada keadaan acak.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 33

infusi saline (kontrol) (■)

infusi intralipid/heparin (intralipid) (□)

Kandungan PDK dan PDP mRNA

Tidak ada perubahan signifikan yang tampak pada PDK1, PDK2, PDK3, atau PDP2 mRNA pada saat istirahat atau selama bergerak.

Kandungan mRNA pada PDK4

Kandungan mRNA pada PDP1

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 34

• Perbedaan tingkat plasma FFA dan plasma insulin menyebabkan perbedaan pada ekspresi PDK4 mRNA.

• PDP1 mRNA mengalami penurunan regulasi pada rangka otot manusia selama bergerak, sementara PDP2 mRNA tidak dipengaruhi.

• Isoform PDKs dan PDPs mempunyai jaringan distribusi yang unik dan sensitifitas spesifik pada aktivator dan inhibitor.

• Ekspresi regulasi spesifik isoform PDK dan PDP merupakan perubahan penting pada fosforilasi PDH-E1α dan aktivitas PDH dan bisa menjadi target pada disregulasi PDH dalam diabetes tipe 2.

Kandungan PDK dan PDP mRNA

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 35

KESIMPULAN• Gerakan yang dilakukan dan modifikasi

infusi intralipid mengurangi fosforilasi PDH-E1α pada kedua sisi 1 dan 2 dalam rangka otot manusia.

• Ada hubungan terbalik antara fosforilasi

PDH-E1α dan aktivitas PDHa dalam rangka otot manusia.

• Peningkatan plasma FFAs tidak merubah aktivitas PDHa, meskipun fosforilasi PDH-E1α meningkat.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 36

REFERENSI

• Frank, Rane A. W. The Molecular Origins of Specificity in the Assembly of a Multienzyme Complex. 2005. Elsevier.

• Holness, M. J, Sugden, M. C. Regulation of pyruvate dehydrogenase complex activity by reversible phosphorylation. 2003. Biochemical Society.

• Patel, M. S, Korotchkina, L. G. Regulation of the pyruvate dehydrogenase complex. 2006. Bochemical Society.

Maret 2007 Metabolisme Biokimia 37

Terima Kasih