Нүүрс-ус, липидийн гомеостазийн зохицуулгад элэгний гүйцэтгэх үүрэг

Элэг нь урт болон богино хугацааны турш глюкозын хэмжээг хэвийн хэмжээнд барих замаар нүүрсусны солилцоог зохицуулна. Хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижингийн үед элэгний глюкозын солилцооны өөрчлөлтүүд ажиглагддаг. Өөрөөр хэлбэл нүүрсуснаас авах глюкозын хэмжээ багассанаар глюкозын хэмжээ хязгаарлагдаж бас элэг өөрөө нийлэгжүүлэх хэмжээ нэмэгддэг (пост-абсорптив). Элгэнд глюкоз болон тосны хүчлүүд нэг дор задрах нь нойр булчирхайн бета эсүүдээс инсулин ялгарахыг өдөөдөг бөгөөд аюултай цагирагийг тогтоосноор захын инсулины дархлааг шалгахад дөхөм болдог.

Генетикийн өөрчлөлттэй зарим модель хулгануудад элэгний глюкоз болон липидийн гомеостазийг явуулахад транскрипцийн хүчин зүйлүүд болон тодорхой ферментүүдийг зайлшгүй ашигладаг. Бид нар эдгээр модель ургамлуудаас генетикийн өөрчлөлттэй хулгануудыг олж тогтооно. Ингэхдээ de novo хяналтанд глюкоз нийлэгжихэд транскрипцийн хүчин зүйлүүд (Foxo1, Pgc1-α) эсвэл глюконеогенийн фермент (PEPCK, G-GPase)- үүдийг голчлон экспресслэдэг.  Мөн элэгний глюкозын хяналт нь хоёрдугаар төлвийн чихрийн шижингийн эмчилгээг судлахад чухалаас гадна гипергликемийн фенотип нэмэгдэхэд чухал үүргийг гүйцэтгэдэг болохыг тодорхой аргачлалийг ашиглан харуулсаныг бид үзэх болно.

Нүүрс-ус, липидийн гомеостазийн зохицуулгад элэгний гүйцэтгэх үүрэг

Элэг хэд хэдэн үүрэгтэйгээс гадна нүүрсусны солилцооны хяналтанд урт болон богино хугацааны туршид глюкозын концентрацийг хэвийн хэмжээнд барьдаг онцгой үүргийг гүйцэтгэнэ. Элэгний эсүүд нь нэг ёсны ферментүүдийн багц юм. Эдгээр багцийн ажиллагаа нь цусан дахь глюкозын хэмжээ өсөх буурах тохиолдолд идэвхтэй ажиллаж эхлэнэ. Элэг өөрөө нийлэгжүүлэх шатанд (шөнө илүү их) төв мэдрэлийн систем плазм дахь глюкозын концентрацийг хурдан зохицуулдаг. Пост-прандиаль шатанд элэг нь хоол тэжээлээр орж ирсэн нүүрсуснаас гликогенийхээ агууламжийг дахин сэргээдэг. Глюкозын концентрацийг нэмэгдүүлэхэд элэг липогений хагас задралын замын туршид липидүүдийг дахин нйилэгжүүлэх чадвартайбайдаг. Глюкоз үүсэх хагас задралын замын хязгаарлалт бас глюкоз ангижран анаболизмын хагас задралын зам болон элэгний глюкозын хэмжээний өдөөлтийн хамтын үр дүнд үүсэх нийт элэгний глюкозын хэмжээ нь плазм дахь глюкозын хэмжээг нэмэгдүүлдэг пост-прандиалыг хязгаарладаг.

Хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижингийн хувьд глюкозын солилцооны өөрчллөтүүд ажиглагддаг, өөрөөр хэлбэл нүүрсуснаас авах глюкозын хэмжээ багассанаар глюкозын хэмжээ хязгаарлагдаж бас элэг өөрөө нийлэгжүүлэх (пост-абсорптив) глюкозын хэмжээ нэмэгддэг. Нэмж хэлэхэд элгэнд глюкоз болон тосны хүчлүүд нэг дор задрах нь нойр булчирхайн β-эсүүдээс инсулин ялгарлыг өдөөж аюултай цагирагийг тогтоосноор захын инсулины дархлааг шалгахад тус болдог. Нүүрсус, липидийн гомеостазийн хяналтын үед элэг чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг эсийн орчинд трансгеник болон нокдаунд генийг нь оруулсан модель хулганууд дээр хийсэн судалгаанууд тогтоогоод байна. Генийн өөрчлөлттэй зарим хулганууд дээрх судалгаа нь элгэнд нүүр-ус, липидийн солилцооны хагас задралын замууд, түүнд ашиглагдах ферментүүд болон транскрипцийн хүчин зүйлүүдийг мэдэхэд тусална. Энэхүү хэлэлцүүлэгт модель хулгануудыг бүгдийг нь үзүүлэхгүй ч хоёрдугаар төрлийн чихрийн шижин болон элэгний инсулин эсэргүүцэх чанарын хөгжилд илэрсэн бодисын солилцооны өөрчлөлтүүдийг илүү үзүүлэх болно.

Глюкоз үүсэлтийн үе дэх элэгний зохицуулга

Глюкоз нь нарийн зохицуулгатай, зэрэг явагддаг хоёр хагас задралын замын үр дүнд үүсдэг. Элэг гликогенийг задалж глюкозыг үүсгэдэг (гликогенолиз) ба лактат, амин хүчлүүд, глицерол зэрэг нүүрсусны гаралгүй бодисуудаас дахин шинээр глюкозыг мөн нийлэгжүүлдэг (зураг 1). Глюкоз үүсэхэд оролцдог энэ хоёр процессийн нарийн үйл ажиллагааны механизм нь одоогоор маргаантай байна. Гликогенолиз хүн хоол идсэний дараа 2-6 цагийн дотор явагддаг бол глюконеогенез нь илүү удаан үргэлжилдэг. Глюконеогенезийн эрчмийг фосфоэнолпируват карбосикиназа (PEPCK), фруктоза-1,6-бифосфатаза (FP2ase) болон гликоз-6-фосфатаза (GGPase) зэрэг ферментүүдийн идэвхээр голдуу хэмждэг.

PEPCK бол глюконеогенезийн эрчмийг хязгаарлагчуудын нэг болох оксалоацетатыг фосфоэнолпируват (PEP) болгон өөрчлөгдөхийг идэвхжүүлдэг. Харин GGPase нь глюконеогенезийн сүүлийн шат болох глюкоз-6-фосфатаас чөлөөт глюкоз үүсэхийг идэвхжүүлдэг байна. Глюконеогенезийн эдгээр ферментүүдийн генүүдийг транскрипцийн түвшинд гормонууд голчлон инсулин, глюкогон болон глюкокортикоидуудаар хянадаг.

Инсулин бол PEPCK болон GGPase-ийн экспрессийг хязгаарладагаараа глюконеогенезийг дарангуйлдаг юм (зураг 1). Харин глюкагон болон глюкокортикоидууд бол эдгээр генүүдийн дэмжлэгтэйгээр элэгний глюкоз үүсэхийг өдөөдөг. Чихрийн шижингийн нэг ба хоёрдугаар төлөвийн аль алинд элэгний глюкоз хэт их үүсэх нь пост-абсорптив болон пост-прандиаль гипергликемийн хувьд гол дэмжигч нь болж өгдөг.

Элэг гликогенийг задалж глюкозыг үүсгэдэг (гликогенез) ба лактат, амин хүчлүүд, глицерол зэрэг нүүрсусны гаралгүй бодисуудаас дахин шинээр глюкозыг мөн нийлэгжүүлдэг (глюконеогенез). Глюконеогенезийн эрчмийг фосфоэнолпируват карбосикиназа (PEPCK), фруктоза-1,6-бифосфатаза (FP2ase) болон гликоз-6-фосфатаза (GGPase) зэрэг ферментүүдийн идэвхээр голдуу хэмждэг. PEPCK бол глюконеогенезийн эрчмийг хязгаарлагчуудын нэг болох оксалоацетатыг фосфоэнолпируват (PEP) болгон өөрчлөгдөхийг идэвхжүүлдэг. Харин GGPase нь глюконеогенезийн сүүлийн шат болох глюкоз-6-фосфатаас чөлөөт глюкоз үүсэхийг идэвхжүүлдэг байна. Глюконеогенезийн эдгээр ферментүүдийн генүүдийг транскрипцийн түвшинд гормонууд голчлон инсулин, глюкогон болон глюкокортикоидуудаар хянадаг. PEPCK болон GGPase-ийн экспрессийг инсулинаар үйлчлэн дарангуйлахад глюконеогенез өдөөгддөг бол харин нөгөө хоёроор үйлчлэхэд эдгээр генүүдийг экспрессэлж элэгний глюкоз үүсэхийг өдөөдөг.

Элгэнд шууд инсулины дохио дамжихын ач холбогдол

Дээр тэмдэглэсэнчилэн инсулин бол PEPCK,  FP2ase болон GGPase-ийн транскрипцийн хязгаарлагчийн хувьд глюконеогенезийг бууруулах үйлчилгээтэй. Эсийн орчинд глюкогенезийн хяналтанд инсулин дохио өгөхийн ач холбогдлыг тогтооход элэгний инсулин хүлээн авагчийн замбараагүйдлийг хулгануудад (LIRKO хулгана) явуулсан. LIRKO хулгануудын элгэн дэх инсулины үйл ажиллагааны замбараагүйдэл нь цусан дахь глюкозыг эсэргүүцэх инсулины нөлөө багасч глюкозыг тэсэх чадваргүй болгодог.

Инсулины концентраци LIRKO хулгануудад хэт өндөр байгаа учраас элгээр инсулин хүлээн аван дамжуулах инсулины зай байдаггүй. Нэмээд хэлэхэд LIRKO хулгануудад хийсэн энэ бүх дүн шинжилгээ глюкозын гомеостазд элэгний хэвийн оролцоо шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг тогтоожээ. Булчингаар инсулин хүлээн авагч накаут хулгануудад (MIRKO) глюкозын түвшин хэвийн байгааг нь харахад эдгээрээс илүү элэг нь глюкозын гомеостазын хяналтанд чухал үүрэгтэй болохыг баталжээ. Үүнээс гадна хэвийн хулгануудад элэгний глюкозын хэт их хэмжээг нэмэгдүүлэхээс илүү цусан дахь глюкозын хэт их хэмжээг бууруулах инсулиныг бий болгодог юм.

LIRKO модель хулгана нь элэгний глюкоз үүсэхэд инсулин шууд эсвэл шууд бусаар нөлөөлдөг эсэхийг шалгахад тохиромжтой судалгааны материал болсон байна. LIRKO хулганы элэг инсулинд шууд хариу үйлдэл хийж чадаагүйгээс эсийн орчинд явуулсан инсулины ямар ч нөлөөллийг нэмэлт элэгний эдүүдэд шууд бус инсулины үйл ажиллагаагаар зохицуулсан. Өмнөх эсийн орчинд хийгдсэн хэд хэдэн судалгаанууд глюконеогенезийн дарангуйллыг дэмжих чөлөөт тосны хүчлүүд плазмд багасч адипоз эсүүдэд липолизийн дарангуйлагч бий болдог шууд бус хэсэг нь элэгний глюкоз үүсэх үеийн инсулины нөлөөг дарангуйлдаг болох нь тогтоогджээ. Хяналтууд нь HPG-г бүрэн хязгаарлах нь дээд дээд хэмжээнд байгаа инсулинд ямар ч нөлөөгүй байдаг ч элэгний шууд нөлөөллийг бүрэн хаагдуулахад LIRKO хулгануудын элгэн дэх шууд ба шууд бус инсулины нөлөө хагас задралын зам нь бүтэн инсулин хүлээн авагч дохио өгөхийг шаардаж байдгийг үзүүлжээ.

GGPase, PEPCK-ийн генийг экспресслэхэд гарах өөрчлөлтүүд

Элэгний глюконеогенезийн генүүдийн зохицуулдаггүй физиологийн шинж чанарыг элгэн дэх GGPase болон PEPCK-ийн хэт экспресслэлт глюкоз тэсэх чадваргүй болдгодгоор нь баталжээ. Эсийн орчинд GGPase эсвэл PEPCK-ийн хоёулангийнх нь өөрчлөлтийн улмаас гарах физиологийн болон бодисын солилцооны хэд хэдэн групп болгон судалсан байна. Нийлмэл фермент GGPase нь глюконеогенез болон гликогенолиз гэж салсан хоёр шатанд үүссэн глюкоз нь GGP-ийн гидролизыг идэвхжүүлдэг. Энэ комплекс нь глюкоз-6-фосфатаза транслоказаг агуулдаг. Энэ нь цитоплазмаас эндоплазмын торны люменд, мөн GGPase фосфогидролаза эсвэл люменд байдаг идэвхжүүлэлтийн дэд нэгжид GGP-ийг зөөдөг.

Элэгний эсэд GGP-ийн консентрацийг GGPase болон глюкокиназа (GK)-ийн идэвхийн  хоорондын тэнцвэрээр тодорхойлж болно. Элэгний глюкоз үүсэлтийн ихсэлт ба эдгээр ферментийн өөрчлөлтүүд нь хоорондоо холбоотой байдаг. Элгэн дэх глюкозын солилцоонд GGPase, GK-ийн хэмжээний харьцаа маш чухал юм. Рекомбинант аденовирусыг ашиглан хархны элэгний эсэд GGPase-ийн идэвхжүүлэлтийн дэд нэгжийг экспресслэсэн туршилтаас анх GGPase-ийн экспрессийн өөрчлөлтийг инсулины дархлааны холбож чаджээ. Гликогений нийлэгжил багассанаар элэгний эсүүдэд GGPase-ийн экспрессийн үр дүнд ба лактатаас глюкоз үүсэх нь нэмэгдэж байгааг харахад GGPase-ийн экспресс чихрийн шижингийн эхлэл болж байгаа юм. Үнэндээ эсийн орчинд GGPase-ийн экспрессийн хэд хэдэн хэвийн бус үр дүн хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижинтэй хамааралтай байна.

Эдгээр нь глюкоз агуулахгүй, гиперинсулинэмиа, элэгний гликогений агууламж багассан болон төв булчинд триглицерид хуримтлагдсан зэрэг болно. Хархны элгэнд GGPase-ийн хэт экспресслэлт нь амьтны глюкоз болон липидийн гомеостазийг алдагдуулж бодисын солилцооны хэвийн бус хэлбэр болох чихрийн шижинд хүргэж болох ажээ. Сонирхолтой нь, GGPase-ийн хэт экспресслэлт нь чусан дахь глюкозыг нэмэгдүүлдэггүй байна. Гипергликеми зөвхөн хооллох шатанд эсвэл амаар дамжин глюкозыг авсаны дараа явагддаг. Эдгээр нээлтүүд цитоплазмд GK-г байрлуулсан үед пост-абсорптив шатанд GGP-ийн концентрацийг буфферлэх GGPase-ийн гол үүрэг илэрнэ. Эсрэгээр накаут генийн модельд GGPase-г идэвхгүй болгоход элгэнд хэт их гликоген хуримтлагдсанаар хүнд гипогликеми болон лактик ацидемиагийн шинж илэрч хүнд 1а төлөвийн өвчин үүсгэж байгааг гликоген ихээр агуулах энэ модель харуулна.

Мөн хулгана дээр PEPCK экспрессийн өөрчлөлттэй холбоотой бодисын солилцооны нөлөөнүүдийг судалсан байна. Элгэнд PEPCK экспреслэх  генийн өөрчлөлттэй хулгануудад элэгний глюкоз үүсэлтийн дэмжилт өссөн байна (хоёр дахин өссөн). Гэвч хэвийн биеийн глюкоз гиперинсулинэмик – эуглихемик үед ангижирдаг болохыг харьцуулсан судалгаагаар тогтоожээ. Мөн эдгээр хулгануудын элгэнд GGPase-ийн хэмжээг байнга нэмэгдүүлж, GGPase болон PEPCK-ийн экспрессийг инсулины дархлаагаар зохицуулсан байна. PEPCK-ийг хэт экспресслэдэг трансгеник хулгануудад инсулин эсэргүүцэх чанар өндөр байдаг хэдий ч тэдний элгэнд захны инсулиныг эсэргүүцэх дархлаа хөгждөггүй. Эдгээр хулгануудын элгэнд хийж өгсөн нээлттэй фосфатидилинозитол-3-киназагийн идэвх буурж, IRS-2 (инсулин рецептор субстрат-2)-ийн хэмжээ багасдаг ажээ.

Элгэнд PEPCK экспресслэгдэхэд энэхүү моделийн захын инсулиныг эсэргүүцэх чанар болон гипергликемийн хурд 7 дахин нэмэгддэг ажээ (Валера болон бусад). Сан болон бусад эрдэмтдийн судалгааны дүнгээр бол PEPCK генийн экспресс аажим нэмэгддэгийг тогтоожээ. Гайхалтай нь, элэгний стеатозийг тодорхойлох нь зардал ихтэй ч элэгний PEPCK генийн экспресс явагддаггүй хулгануудыг хурдассан шатанд цусан дахь глюкозын концентрацийг хэвийн хэмжээнд оролцуулах ёстой. NMR болон бодисын солилцооны тэмдэгт атомуудыг хоёуланг нь ашигласнаар үндсэн бие дахь пируват эсвэл оксалоацетатын хагас задралын замаас болж глюконеогенез буурдагийг үл харгалзан хяналтын хулганы 66%-д элэгний PEPCK байхгүй байхад хулгануудад гарах глюконеогенезийн байнгын өөрчлөлтийг дараах судалгаагаар харуулжээ.

Энэ нь элэгний PEPCK байхгүй байх тохиолдолд нөхөн төлжүүлэх чадвартай глицеролоос глюкогенез явуулах эсвэл хоёр өөр хэсгүүд болох бөөр болон нарийн гэдсэнд явагдах PEPCK-ийн экспресс нь элэгний PEPCK байхгүй үед глюкоз үүсэхийг нэмэгдүүлж магадгүй юм гэсэн санааг гаргав. Элэгний ганц генд гарсан өөрчлөлт нь үндсэндээ эсийн орчинд глюкоз болон липидийн гомеостазд маш хортойгоор нөлөөлдөг ба хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижин үүсэхэд хүргэдэг байна. PEPCK болон GGPase-ийн хэт экспресслэлтээр глюконеогенезийн байнгын өөрчлөлтийг нэмэгдүүлдэг болохыг эдгээр хулгануудын жишээн дээр бүхэлд нь тайлбарлан үзүүллээ.

Элэгний глюкоз үүсэхэд транскрипцийн хяналтын оролцоо

PEPCK ба GGPase генийн аль алиныг транскрипцийн түвшинд зохицуулдаг бөгөөд эдгээрийн зохицуулалт нь транскрипцийн факторуудыг хооронд нь холбодог (зураг 3). PEPCK-г өдөөгчийг өргөн хүрээтэйгээр судалсан бөгөөд хэд хэдэн бодис (цАМФ-аар дамжсан глюкаго, глюкокортикоидууд, бамбай булчирхайн гормонууд)-ын нөлөөллөөр, мөн транскрипцийн факторуудаар (CREB, C/EBPα, HNF-3, HNF-4α, PPARα) өдөөж болохыг тогтоожээ. PEPCK болон GGPase генүүдийн транскрипцийн зохицуулалтанд элэгний эсийн бөөмний хүчин зүйл – 4α (HNF-4α) оролцдог байна. транскрипцийн хагас задралын зам болон идэвхжсэн рецептор –γ коактиватор -1α (PGC-1α)-г нэмэгдүүлдэг хэт исэл чухал үүрэг гүйцэтгэнэ.

Үнэндээ PGC-1α нь HNF-4α-д шууд холбогдох замаар глюконеогенезийн генийн зохицуулалтанд нөлөөлөхөөс гадна бусад транскрипцийн факторууд болох Foxo 1 (FKHR ч гэдэг) зэрэгтэй холбогдох замаар глюконеогенезийн генд нөлөөлдөг (зураг 3). PGC-1α-г элэгний эсэд байх глюкокортикоидууд болон цАМФ бас эсийн орчинд элгэнд инсулин дутагдалтай болон хурдсах шатуудаар дэмждэг. Хархны элгэнд апеновирусын тэжээлийн орчинд PGC-1α-ийн хэт экспресслэлт глюконеогенезийн бүх гол  ферментүүдийн идэвхжилтээр элэгний глюкоз үүсэхийг нэмэгдүүлэх шалтгаан болдог. Мөн PGC-1α-тай шууд харилцан үйлчилдэг Foxo 1 транскрипцийн фактор нь элэгний глюконеогенезийг инсулинаар хязгаарлахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг (зураг 3). Эсийн бус орчинд хийсэн судалгааг авч үзэхэд Foxo 1 нь PEPCK болон GGPase генүүдийг өдөөгчийг илэрхийлдэг инсулины хариу  элементүүд (IRE)-ийг тэдгээрийн тогтолцоотой уялдуулж энэ 2 генийг зохицуулдаг.

Эдгээр генүүдийг дарангуйлагч инсулин нь бөөмийн гадна явагдаж эдгээр генийн транслокацийн үр дүнд үүсдэг Foxo 1-ийг уургийн фосфатидилинозитол-3-киназа/Akt-тай холбогдож фосфоржино. Инсулинээр идэвхжүүлсний дараа Akt нь хадгалагдсан гурван талд (Thr-24, Ser-253, Ser-316)-уудад Foxo 1-ийг холбон фосфоржуулдаг. Тиймээс инсулин нь Foxo 1-г өдөөгч транскрипци болон бөөмөөс цитоплазмд транскрипцийн фактор дахин хуваарилагдах явдлыг боогдуулдаг. Сонирхолтой нь, Foxo 1 ба PGC-1α хоёрын нэгдлийг мөн Akt-тай холбоотой фосфоржилтоор гаргаж авдаг. Foxo 1-ээс PGC-1α-г салгахыг өдөөгч нөхцлүүд болон PGC-1α-ийн хэмжээг нэмэгдүүлэгч хүчнүүдийг Akt сулруулснаар инсулин дохио өгдөг. Эдгээр үр дүнгүүд бүхэлдээ Foxo 1 глюконеогенезийн зохицуулгад чухал ач холбогдолтой. Инсулин бол PEPCK генийн экспрессийн хамгийн хүчтэй үйлчилгээтэй хязгаарлагч юм.

Элгэнд липогений ген экспресслэгдэхэд инсулины үйл ажиллагааны гол зохицуулагч болсон SREBP-1 нь PEPCK генийн экспрессийг боогдуулдаг байна. PEPCK генийн транскрипцийг боогдуулдаг SREBP-1-ийн үйл ажиллагааны механизмыг Ямамотогоор толгойлуулсан эрдэмтдийн багийн судалгааны ажил тайлбарлажээ. Энэ судалгаа нь SREBP-1 нь HNF-4α2-тай, PGC-1α-тай холбогдох үед глюконеогенийн генүүдийн эсрэг зохицуулагч гэдэг шинэ үүрэгтэй болохыг илрүүлжээ. Элэгний PEPCK болон GGPase хоёулаа мРНХ-ийн хэмжээг трансгеник хулгануудад SREBP-1а болон болон 1е-ийн хэт экспреслэлтээр хязгаарладаг болох нь эдгээр үр дүнгүүдтэй тохирсон юм.

Глюконеогенийн генүүд ихэнхдээ инсулин болон глюкагоноор зохицуулагддаг болох нь мэдэгдээд байгаа хэдий ч цитогенезийн бүлэг интерлевкин-6- (IL-6)г эдгээр генийн зохицуулалтанд мөн хамааруулжээ. Физиологийн хэд хэдэн процесст өдөөгч болдог IL-6 бүлгээр дохио шилжихэд чухал байдаг транскрипцийн хүчин зүйл STAT-3 нь элэгний глюконеогенийн генүүдийн транскрипцийн зохицуулгыг агуулагч юм. IL-6-г авч үзсэн элэгний эсүүдийг харахад PEPCK генийн экспресс багассан бөгөөд IL-6-ийн трансляци нь модель хулганы элэгний онцлог нь STAT-3-ийн идэвхгүйжилт (L-ST3KO) болохыг илрүүлжээ. Тэр STAT-3-ийн дохио өгөх явдал нь глюкозын гомеостазид чухал юм. LST3KO хулгануудад глюконеогенийн ген (PEPCK ба GGPase)-үүдийн экспресс болон коактиватор PGC-1α-ийн экспресслэлт 1,5 дахин нэмэгдсэнтэй холбоотойгоор инсулины эсэргүүцэх чадварыг тодорхойлдог. Элгэнд STAT-3 генийн экспрессийг дэмжигч аденовирусыг ашиглах үед инсулины эсэргүүцэх чанарын фенотипыг сэргээж, мөн үүний дор PEPCK болон GGPase-ийн экспрессийг зохицуулдаг. Нэмээд хэлэхэд чихрийн шижинтэй db/db хулгануудын элгэнд STAT-3-ийг хэт экспресслэх нь тэдний глюкозыг тэвчих идэвхийг сайжруулдаг байна. Тиймээс STAT-3 нь чихрийн шижингийн эсрэг үйлчилгээтэй байж болох юм.

Хоол тэжээлээс авсан глюкозын агууламж

Хэвийн үед цусан дахь глюкозын эугликемийн хэмжээг ихэсгэхэд пост-прандиаль шатанд авсан нийт глюкозын хэмжээгээр элэг глюкозын гомеостазийг хангаж байдаг. Элэгний глюкозын солилцоонд оролцдог ферментүүд нь элэгний глюкозын тэнцвэр болон хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижингийн глюкозын хэмжээг хангахад боломжийн судалгааны обьект юм. Тухайлбал элэгний глюкокиназа (GK) нь глюкозын солилцоондын анхны шатыг идэвхжүүлдэг (зураг 4). Элэгний GK нь элгэнд гликоген нийлэгжихэд болон кинетик хурд зэрэг шинж тэмдгээр нь ялгадаг. Элэгний GK нь элгэнд гликоген нийлэгжихэд болон глюкозыг авахад чухал үүрэгтэй болохыг эсийн орчинд хийсэн судалгааны дүнд мэдсэн. Түүнчлэн бид элэгний глюкозын үүрэгтэй генүүдийн экспрессийг илүү нарийн тогтоох болно.

Глюкозын гомеостаз болон глюкозыг мэдрэхэд элэгний глюкокиназагийн үүрэг

Элэгний эсэнд элэгний глюкозыг тээвэрлэгч GLUT2-ийн өндөр багтаамжийг эсийн гаднах болон эс хоорондын глюкозын концентрациудын тэнцвэр бий болдог. Глюкокиназа (GK) бол голдуу элэгний эсэнд глюкозыг фосфоржуулдаг бөгөөд хөхтөн амьдтын HK бүлгийн бусад гишүүдээс кинетикийн тодорхой шинж чанарыг үзүүлдэг 50 кД жинтэй бага молекулт уураг юм. GK-г урвалын эцсийн бүтээгдэхүүн болох GGP-аар боогдуулдаггүй бөгөөд түүний глюкозын сонирхол бага байдаг (S0.5 8 μM). Цусан дахь глюкозын концентрацид GK генийн нөлөөг хэт экспресслэлт болон нөхцөлт генийн накаутын аргачлалаар тодорхойлоход илүү ашигтай юм. Трансгеник хулгануудад явуулсан GK генийн хэт экспресслэлт нь гликогений нийлэгжил болон задрал нь нэмэгдсэн.

Эдгээр трансгеник хулгануудад явуулсан GK генийн хэт экспресслэлтээс глюкозыг их хэмжээгээр авч байгааг нь глюкеми сул байна гэдэг. Хулганууд болгонд GK генийн хэт экспрессийн дүн нь адил байв. Эдгээр хулгануудын хоол хүнсээр авах дээд тос нэмэгдэхэд GK-ийн идэвхтэй үлдэгдлүүд болох гиперинсулин болон гиперглицерин мөн нэмэгддэг (Ферре болон бусад). Мөн GK хэт экспресслэдэг хулгануудад глюкозын концентрацийг хэвийн болгоход стрептозотоцин үүсэх нь нэмэгддэг ажээ. GK нь элэгний глюкозын солилцоо, гликогений нийлэгжилтэд чухал үүрэгтэй болохыг эдгээр судалгаанууд харуулж байна. Элэгний GK-ийн аллостерик идэвхжүүлэгч нь глюкозыг тэвчих чанарыг сайжруулж чихрийн шилжилтийн гипергликемиг багасгадаг учраас элэгний GK-ийг үүсгэдэг элэгний глюкозын хэмжээг өсгөх генийн эмчилгээ үүсжээ.

Гликоген нийлэгжилтийн зохицуулалт

Гол булчин болон элгэнд хоол тэжээлээс авах нүүрсусны 20-30% нь β-эсүүдээс ялгарах инсулины дүнд гликогенийг үүсгэдэг. Гликоген үндсэн нэгж нь глюкоз юм. Гликоген нь элэгний жингийн 10%-ийг эзэлнэ. Элэг нь ямар ч эдээс илүү ихээр гликогенийг агуулдаг. Тиймээс элэгний пост-прандиалийн шатанд гипергликеми хэт нэмэгдсэнээр үйл ажиллагаанд нь алдаа гардаг бөгөөд чихрийн шижингийн хорёдугаар төлөвийн үед элэг болон төв булчин дахь гликогений агууламж багасдаг. Элэгний гликогений солилцоог гликоген фосфорилаза (GP) болон гликоген синтетаза (GS) ферментүүдийг зохицуулагч фосфоржилт болон аллостерикийн өөрчлөлтөөр хянажээ. Гликоген нийлэгжих хурдыг хязгаарладаг фермент болох GS-ийг гликоген синтетаза киназа-3 (GKS-3) болон протейн киназа А (PKA) зэрэг хэд хэдэн киназагаар багасгадаг 9 зохицуулагчийг нэмэхэд фосфоржилтоор идэвхгүй болгодог. Гликогений солилцооны зохицуулалтанд PP1-ийн субнэгжүүд судалгааны гол обьект болохыг хүлээн зөвшөөрчээ. Тэдний дотор гликогений судалгааны обьектийг бий болгох уураг (PTG) үүсгэх шат байдаг. Тэр нь гликогенд PP1-α-г холбодог ба гликоген задарч, нийлэгжихэд хамааралтай ферментүүдэд PP1-г холбодог.

Хулганууд дээр хийсэн судалгаанууд нь PTG-ийн идэвхгүйжилт гликоген нийлэгжихэд чухал болохыг тогтоожээ. Гомозигот мутац нь амьдрах чадваргүй ба гетерозигот PTG-ийн накаут хулгана (PTG­­+/-)-ууд нь амьдрах чадвартай ч элэг болон булчинд нийлэгжих гликоген хэвийн үеийнхээс 40-50% бага байжээ. Мөн PTG­­+/- хулганууд нь аажмаар глюкоз тэсвэрлэх чадваргүй болон хувирдаг байна. Энэ нь элгэн дэх гликоген багассантай холбоотой. Мөн үүнтэй адилаар хархны элгэнд аденовирусын тусламжтайгаар PTG-г тогтмол хэт экспресслэхэд гликогений хуримтлалыг сайжруулж, гликоген нийлэгжих идэвх нь сайжирчээ. GS-ийг идэвхтэй болгохын тулд глюкозыг фосфоржуулдаг. Элэгний GК-р үүссэн GGP-р GS-ийн идэвхийг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь гликоген нийлэгжилтийг өдөөгч юм. Эсийн бус орчинд HKI байхгүй аденовирусын тэжээлийн орчинтой элэгний эсийн анхдагч өсгөвөрт гликогенийг нийлэгжүүлэх чадвартай GK-г хэт экспресслэхэд GGP үүсч, энэ нь гликоген нийлэгжүүлэх чадвар болон гликоген нийлэгжихэд HKs биш GK-ийн идэвх шууд хамаатай. Бид GK идэвхгүйжсэн модель (hGK-KO хулгана)-ийг ашиглан GK байхгүй үед  hGK-KO-ийн элэгний эсүүдийн нийлэгжүүлэх GGP болон гликогений нийлэгжил багасч сул konНК-ийн идэвхи нэмэгдсэнийг харуулсан билээ.

Липидийн нийлэгжилтийг элэг зохицуулах нь

Элгэн дэх солилцооны байнгын өөрчлөлтийг гликолиз болон липогенез зэрэг хэд хэдэн хагас задралын замын цэвэр идэвхи гэж ойлгодог. Гликолизэд элэгний гол үүрэг бол de novo липид нийлэгжихэд глюкозоос нүүрстөрөгчүүдийг хангах юм (зураг 4). Хоол хүнснээс авсан глюкозоор тосны хүчлүүдийг зохицуулдаг бөгөөд хоол хүнснээс авсан нүүрс-ус нь липогенийн ген (тосны хүчлийн синтетаза (FAS) ба ацетил коА карбоксилаза (ACC))-ийн экспрессийг зохицуулахад нэмэлт Е-ийн үүрэг гүйцэтгэх хагас задралын замд хариу өгдөг болохыг тогтоожээ. ACC болон FAS нь хоёулаа транскрипцийн дүнд глюкозын солилцоо болон инсулиныг шаарддаг. Бид глюкозыг фосфоржуулдаг GK генийн экспрессийг өдөөх инсулины үүргийг үзсэн билээ. Тосны хүчлийг инсулинд хүлээн авч холбон, түүний хоршигчдыг тогтоох нь чухал хэдий ч транскрипцийн нөлөөтэй инсулины хүчин зүйлсийг одоог хүртэл нарийн тогтоогоогүй байна. Хэдий тийм боловч липогенийн генийн экспресс болон элэгний GK-д инсулины гол холбогч бол SREBP-1с гэж тогтоожээ.

Элэгний эсүүдийн анхдагч өсгөвөрт липогенийн генүүдийг дэмждэг стерол зохицуулагч элемент (SRE)-д инсулиныг холбох  багтаамжаар дэмждэг. Гэхдээ зөвхөн SREBP-1c нь липогенийн генүүдийн экспресс болон транскрипцийг хянадаггүй бөгөөд элгэнд агуулагдах триглицеридийн хэмжээ болон тэдгээрийн нийлэгжилт зохицуулдаг. Элгэн дэх инсулины эсэргүүцэх чанарын хэд хэдэн судалгаагаар SREBP-1c нь фотогенезтэй холбоотой байж болзошгүй гэж үзсэн. Амьтны элгэн дэх инсулины эсэргүүцэх чанарыг SREBP-1c-ийн түвшинг нэмэгдүүлж судалсан бөгөөд сүүлийн үеийн судалгаагаар элгэнд инсулины дохиог өгдөг IRS-2-г SREBP-1c-ийн дээд түвшингээр хязгаарлах үед инсулины эсэргүүцэх чанар улам нэмэгддэг болохыг баталжээ.

Эмчилгээний талаас нь авч үзвэл ob/ob хулганууд дахь SREBP-1c-ийн генийн хэт экспресс нь тэдний элэгний стеатозийг сайжруулдаг байна. Хамгийн чухал нь чихрийн шижинтэй стрептозотоцинийг өдөөсөн бие гүйцсэн хулгануудын элгэнд SREBP-1c-ийг хэт экспресслэх нь элэгний гликоген болон триглицеридийн агууламжийг нэмэгдүүлж гипергликеми багасжээ. Эдгээр бүх үр дүн нь SREBP-1c бол глюкозын гомеостазийн урт хугацааны хяналтанд инсулинд болон эмчилгээний чухал судалгааны обьект болохыг батлав. Гликолит болон липогенийн генүүдийн ихэнх хагас задралын замыг инсулинаар өдөөгддөг элэгний GK-с гадна глюкозоор мөн зохицуулагдана. Одоог хүртэл байгаль дээр глюкозын дохио өгдөг нэгдлийг тогтоогоогүй ч глюкозын метаболит болон глюкозын генийн транскрипцид нөлөөлдөг ChREBP (уурагт холбогддог нүүрсусны үүрэгт элемент) гэдэг глюкозын үүрэгтэй үндсэн (мушгиа-гогцоо-мушгиа) лейцины зиппер (BHLH/LZ) гэсэн транскрипцийн факторыг тогтоожээ.

ChREBP-г глюкоз болон цАМФ-ийн харилцан үйлчлэлээр зохицуулдаг. ChREBP-г базаль байдалд цитозолд байрлуулан глюкозын өндөр концентраци дор бөөмийн транслокацийг хурдан явуулдаг. ChREBP-ийн бөөмийн транслокацийг хэд хэдэн фосфоржоогүй сериний үлдэгдлээр хянадаг. Сериний 196 үлдэгдэл (Ser-196) бол протейн киназа А (PKA)-ийн фосфоржилтийн судалгааны обьект бөгөөд фосфоржоогүй серин нь бөөмхөнд ChREBP-ийн транслокацийг явуулдаг. Бөөмхөнд Ser-568 болон Thr-666 хоёр үлдэгдлээс бусад нь фосфоржоогүй байдаг учраас ДНХ үүсэхээс хамгаалдаг. Гексоза монофосфатын  хагас задралын замд өндөр глюкозын байдалд протейн фосфатаза 2А (РР2А)-р үүссэн ксилулоз-5-фосфат (Xu5P) гэдэг метаболитын идэвхээр цитозол болон бөөмөнд агуулагдах фосфоржоогүй ChREBP-ийн үүргийг тодорхойлжээ (зураг 5).

BHLH/LZ-ийн гишүүн MLx (Max like protein)-г ChREBP [Stoeckman, 2004#612]]-ын гетеромерийн хоршигч болохыг тогтоожээ. ChREBP болон MLx-н харилцан үйлчлэл нь элгэнд глюкозын үүрэгтэй ген экспресслэхийг транскрипцийн хүчин зүйл болон кофакторуудаар бүрэн зохицуулахад шаардагддаг. hgK-KO хулганууд болон элэгний эсийн анхдагч өсгөвөрт глюкозын үүргийг хянахад ChREBP-ийн үүрэг чухал юм. Бид элэгний эсийн анхдагч өсгөвөрт глюкозын солилцоог нэмэгдүүлэхэд GK-ийн экспресс болон ChREBP-ийн үүрэг чухал болохыг үзлээ. Бид элэгний эсийн хяналтанд элгэнд глюкозын дохиог дамжуулдаг ChREBP-ийн үүргийг тогтоохын тулд ChREBP ген экспресслэх siРНХ-ийн замыг ашиглав. Бидний судалгаа анх удаа физиологийн түвшинд буюу өөрөөр хэлбэл элгэнд липидийг нийлэгжихэд оролцдог транскрипцийн факторууд, гликолитик болон липогенийн генийн экспресс болон элгэнд глюкозын дохиог дамжуулах ChREBP зэргийг судлав. Бидний энэ үр дүн ChREBP генийн бүрэн идэвхгүйжилтэй хулгана (ChREBP-/-)-уудад нотлогдсон. Глюкоз болон инсулины эсэргүүцэх чанарыг нэвчдэггүй ChREBP-/- хулгануудын транскрипцийн энэ хүчин зүйл нь хоёрдугаар төлөвийн чихрийн шижингийн фотогенезийн үүрэг гүйцэтгэж болох юм гэсэн таамаглалыг илэрхийлэв.

Advertisements

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s