Estrès del reticle endoplasmàtic, inflamació i resistència a la insulina en cèl•lules musculars esquelètiques

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi doctoral ha estat elucidar nous mecanismes moleculars que expliquessin els efectes antiinflamatoris i antidiabètics de l’oleat. A més, també s’ha volgut aprofundir en l’estudi dels mecanismes moleculars mitjançant els quals l’activació del PPARß/d evita processos inflamatoris i de resistència a la insulina.

Així doncs, el primer objectiu d’aquesta tesi doctoral ha estat estudiar si l’oleat és capaç d’exercir els seus efectes antiinflamatoris i antidiabètics mitjançant mecanismes que modulin l’estrès del RE en cèl•lules musculars esquelètiques. A més, tenint en compte que l’AMPK inhibeix l’estrès del RE, en aquest estudi es va voler elucidar si l’oleat, mitjançant l’activació de l’AMPK, evitava l’estrès del RE responsable de l’aparició de la inflamació i RI induïda pel palmitat.

Els resultats obtinguts mostren que l’oleat evita l’estrès del RE induït pel palmitat en miotubs murins C2C12 i humans LHCN-M2. Els efectes de l’oleat sobre l’estrès del RE, així com els seus efectes antiinflamatoris i antidiabètics semblen involucrar la cinasa AMPK, atès que la inhibició farmacològica i molecular d’aquesta proteïna, va revertir els efectes de l’oleat sobre els nivells d’expressió gènica dels marcadors d’estrès del RE, d’inflamació i de RI. En resum, les dades d’aquest estudi indiquen que l’oleat evita l’estrès del RE, la inflamació i la RI produïda pel palmitat en cèl•lules musculars esquelètiques, mitjançant mecanismes que involucren l’activació de l’AMPK.

El segon objectiu d’aquesta tesi doctoral ha estat determinar si l’activació de PPARß/d és capaç d’evitar la inflamació i la RI en múscul esquelètic mitjançant mecanismes que involucren l’estrès del RE, així com elucidar si la cinasa AMPK està involucrada en aquest procés.

Els resultats obtinguts evidencien que l’activació farmacològica de PPARß/d redueix l’estrès del RE induït per lípids en cèl•lules musculars esquelètiques. Tanmateix, l’activació farmacològica de PPARß/d també va evitar l’estrès del RE, la inflamació i la RI induïda per coneguts activadors d’estrès del RE en cèl•lules musculars esquelètiques mitjançant mecanismes que involucraven l’AMPK. Com a resum, podem concloure que l’activació de PPARß/d evita la inflamació i la RI induïdes per l’estrès del RE en cèl•lules musculars esquelètiques mitjançant mecanismes que involucren l’activació de l’AMPK.

Per tant, els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral destaquen el paper de l’AMPK com a proteïna clau a l’hora d’inhibir la inflamació i la RI secundària a l’estrès del RE. Així, podem proposar que el seguiment d’una dieta mediterrània, la qual conté l’oli d’oliva com a greix essencial, juntament amb la pràctica d’exercici físic, podria ser una bona estratègia per a la prevenció de la DM2. De la mateixa manera que l’oleat, l’activació farmacològica de PPARß/d inhibeix l’estrès del RE responsable de la inflamació i la RI en múscul esquelètic mitjançant l’activació de l’AMPK. Així doncs, els resultats d’aquesta tesi doctoral aporten nous mecanismes antidiabètics de l’oleat i dels activadors de PPARß/d que podrien ser bones estratègies futures per a la prevenció de la RI i de la DM2.

Although it is known that oleate has many beneficial effects for the prevention of type 2 diabetes mellitus, the mechanisms by which oleate improves insulin resistance are not completely known. The first objective of this thesis was to examine whether oleate could prevent palmitate-induced endoplasmic reticulum (ER) stress, which is involved in the link between lipid-induced inflammation and insulin resistance. The studies were conducted in mouse C2C12 and human LHCN-M2 myotubes. Palmitate increased the levels of ER stress markers, whereas oleate did not. In palmitate-exposed cells incubated with a lower concentration of oleate, the effects of palmitate were prevented. Moreover, the ability of oleate to prevent palmitate-induced ER stress, inflammation and insulin resistance was reversed in the presence of the AMP-activated protein kinase (AMPK) inhibitor, compound C, or by overexpression of a dominant negative AMPK construct. Overall, these findings indicate that oleate prevents ER stress, inflammation and insulin resistance in palmitate-exposed skeletal muscle cells by activating AMPK.

The second objective of this thesis was to examine whether peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)ß/d could prevent ER stress-associated inflammation and insulin resistance in skeletal muscle cells. Studies were conducted in mouse C2C12 and human LHCN-M2 myotubes, and in skeletal muscle from wild-type and PPARß/d-deficient mice and mice exposed to a high-fat diet. The PPARß/d agonist GW501516 prevented lipid-induced ER stress in mouse and human myotubes and in skeletal muscle of mice fed a high-fat diet. PPARß/d activation also prevented thapsigargin- and tunicamycin-induced ER stress in human and murine skeletal muscle cells. In agreement with this, PPARß/d activation prevented ER stress-associated inflammation and insulin resistance, and glucose-intolerant PPARß/d-deficient mice showed increased phosphorylated levels of inositol-requiring 1 transmembrane kinase/endonuclease-1a in skeletal muscle. Our findings demonstrate that PPARß/d activation prevents ER stress through the activation of AMPK, and the subsequent inhibition of extracellular-signal-regulated kinase (ERK)1/2 due to the inhibitory crosstalk between AMPK and ERK1/2, since overexpression of a dominant negative AMPK construct (K45R) reversed the effects attained by PPARß/d activation.

These findings indicate that PPARß/d prevents ER stress, inflammation and insulin resistance in skeletal muscle cells by activating AMPK.